Техногенные источники ионизирующих излучений.
В результате своей деятельности человек подвергает себя воздействию радиации сверх того, что является «естественным» или «природным» радиационным фоном. Сразу следует отметить, что это дополнительное облучение лишь в незначительной степени связано с загрязнением. Такие факторы, как медицинские обследования и особенности жилых помещений приводят к дозам, значительно превышающим радиационное воздействие техногенных радионуклидов, оказавшихся в окружающей среде.
Повышенное облучение человека и биосферы природными радионуклидами происходит вследствие их концентрирования или изменения их природной «формы хранения» в результате деятельности человека. Такое облучение может быть связано с использованием строительных материалов и минеральных удобрений, работой тепловых электростанций, добычей и транспортировкой нефти и природного газа. При сжигании ископаемых видов топлива (уголь, нефть и др.) часть природных радионуклидов выбрасывается в атмосферу, приводя к дополнительному облучению биосферы. Другая их часть концентрируется в золе и шлаках, которые при промышленных масштабах сжигания угля образуются в огромных количествах. Использование некоторых материалов с высоким содержанием природных радионуклидов для строительства тоже приводит к дополнительному облучению человека. Следует отметить, что перечисленные примеры, как правило, не имеют чрезвычайных последствий, но не учитывать их нельзя.
Предметы общего потребления
Источником облучения могут быть общеупотребительные предметы, производившиеся, как правило, 30-50 лет назад. Наиболее употребительным из таких предметов являются часы, циферблат которых светится независимо от внешних условий (предварительного освещения, электрического питания) под действием излучения радия-226, входящего в состав люминофора (так называемая «радиолюминесценция»). Подобные светящиеся системы нашли достаточно широкое распространение (шкала приборов, светящиеся указатели, компасы, телефонные диски, оптические приборы и т. д.) и получили название радиолюминесцентные источники (РЛИ). Современные РЛИ рассчитаны и изготовлены так, чтобы не создавать сколь-нибудь значимого облучения своих пользователей, однако старые источники могут быть не столь совершенны. Например, часы с радием, изготовленные в Великобритании до 1967 года, создают их владельцу такую же дозу, какую в среднем получают работники атомной промышленности. К концу 70-х у населения этой страны еще находилось в пользовании около 800 000 таких часов.
Действие многих детекторов дыма, используемых в системах пожарной сигнализации, основано на использовании альфа-активных радионуклидов. Например, к концу 1980 года в США было установлено более 26 миллионов детекторов на основе америция-241.
Другими примерами применения радионуклидов могли бы служить антистатические щетки в фотопроизводстве, изготовление оптических линз, стоматология, электроприборы, изделия (стекло, керамика) и сплавы, содержащие уран и торий и т. д.
Сжигание угля
Уголь, подобно большинству других природных материалов, содержит ничтожные количества первичных радионуклидов. Последние, извлеченные вместе с углем из недр земли, после сжигания угля попадают в окружающую среду, где могут служить источником облучения людей.
Хотя концентрация радионуклидов в разных угольных пластах различается в сотни раз, в основном уголь содержит меньше радионуклидов, чем земная кора в среднем. Но при сжигании угля большая часть его минеральных компонентов спекается в шлак или золу, куда в основном и попадают радиоактивные вещества. Большая часть золы и шлаки остаются на дне топки электросиловой станции. Однако более легкая зольная пыль уносится тягой в трубу электростанции. Количество этой пыли зависит от отношения к проблемам загрязнения окружающей среды и от средств, вкладываемых в сооружение очистных устройств.
Облака, извергаемые трубами тепловых электростанций, приводят к дополнительному облучению людей, а оседая на землю, частички могут вновь вернуться в воздух в составе пыли. Согласно текущим оценкам, производство каждого гигаватт-года электроэнергии обходится человечеству в 2 чел-Зв ожидаемой коллективной эффективной эквивалентной дозы облучения.
В 1 кг угля содержится, в зависимости от месторождения, от 1 до 70 Бк 40К, от 3 до 500 Бк 238U, от 3 до 300 Бк 232Th. Кроме того, в атмосферу выбрасывается 222Rn, содержание которого в угле около 20 Бк/кг.
Например, для того, чтобы лампочка в 100 Вт горела в течение года, необходимо около 300 кг угля. При сгорании каждый килограмм угля превращается в 100-400 г золы и шлаков, которые частично (1-20% - в зависимости от качества очистных сооружений) выбрасываются в атмосферу. Соответственно этим данным можно сделать оценки: электростанция на угле, генерируя электрическую мощность 1000 МВт и потребляя около 3 000 000 000 кг угля в год, выбрасывает при этом в атмосферу или оставляет в золоотвалах в среднем порядка 100 ГБк 40К, 200 ГБк 238U, 200 ГБк 232Th и около 60 ГБк 222Rn, что составляет далеко не полный список радионуклидов, содержащихся в угле.
Использование фосфатных руд
Добыча фосфатов ведется во многих местах земного шара; они используются главным образом для производства удобрений, которых в 1977 году во всем мире было получено около 30 млн. т. Большинство разрабатываемых в настоящее время фосфатных месторождений содержит уран, присутствующий там в довольно высокой концентрации. В процессе добычи и переработки руды выделяется радон, да и сами удобрения радиоактивны, и содержащиеся в них радиоизотопы проникают из почвы в пищевые культуры. Радиоактивное загрязнение в этом случае бывает обыкновенно незначительным, но возрастает, если удобрения вносят в землю в жидком виде или если содержащие фосфаты вещества скармливают скоту. Такие вещества действительно широко используются в качестве кормовых добавок, что может привести к значительному повышению содержания радиоактивности в молоке. Все эти аспекты применения фосфатов дают за год ожидаемую коллективную эффективную эквивалентную дозу, равную примерно 6000 чел-Зв.
Фосфатные руды имеют обычно повышенную концентрацию природных радионуклидов 40К, 238U, 226Ra, 210Po, 210Pb. Продукты переработки фосфатных руд используются при производстве химикатов, удобрений, в строительной промышленности.
Строительные материалы
В составе строительных материалов могут присутствовать уран 238, торий 232, калий 40 и другие радионуклиды. Конечным продуктом распада некоторых из них является радон 222. Повышенное содержание радионуклидов свойственно калиевым и полевым шпатам, минералам глин и др.
Довольно сильно излучают магматические породы кислотного и щелочного состава (гранит, кварцевый диорит и т.д.), осадочные глины, особенно морские глубоководные. В меньшей степени - основные и ультраосновные породы (перидотит, габбро и др.).
Излучает, к примеру, гранит и щебень из него, могут излучать и другие разновидности природного камня. Радиоактивны стекловолокно, фосфогипс, силикатный кирпич. Особенно сильно излучает гранит, который является источником альфа-излучения. Уровень излучения у гранита составляет в среднем 25-30 мкР/ч. То есть, излучение от гранита хоть и высоковато, но не критично. Примечательно, что при нагревании радиоактивность гранита возрастает за счет интенсификации выделения из гранита радона. Об этом надо помнить тем, кто собирается облицовывать гранитом камины.
Медицина
Наиболее широкое применение радиация нашла в медицине. Методы, основанные на использовании ионизирующего излучения, применяются как для диагностики заболеваний, так и для их лечения. Эти методы основаны либо на введении радионуклидов внутрь организма, либо на облучении тканей внешними источниками.
Радиоизотопная диагностика in vivo (внутри организма) — метод исследования состояния организма и отдельных органов, основанный на наблюдении за радионуклидами, введенными внутрь организма. Другими словами, используется специально синтезированное биологически активное вещество, часть молекул которого содержит определенный радионуклид (молекулы как бы «мечены» радионуклидом). Такие вещества (или составы на их основе) называют радиофармпрепаратами. Введенные радионуклиды (3Н, 14С, 24Na, 35S, 43K, 131I)ведут себя в биологических системах так же, как стабильные изотопы этих элементов. Отслеживая радионуклид по его излучению, которое ничтожно мало с точки зрения воздействия на организм, Но при этом надежно измеряется высокочувствительными детекторами, медики получают возможность изучать миграцию, превращения, накопление, выведение «меченого» биологически активного вещества и на основании этого сделать вывод о функционировании исследуемых органов ила тканей.
В качестве примера можно привести диагностику и лечение щитовидной железы с помощью радиоактивных изотопов йода. Именно радиоизотопной диагностике с применением радиоизотопов йода человечество обязано современным представлениям о функциях щитовидной железы и успехам лечения многих заболеваний, с ней связанных.
Другим широко применяемым радионуклидом является технеций-99 (99Тс). Он используется для исследования костей, желудка, сердца, кровообращения, перфузии миокарда, гепатобилиарной системы, почек, легких и др. Этот радионуклид занимает лидирующие позиции в производстве радиофармпрепаратов.
Методы радиоизотопной диагностики позволяют получить такую информацию о пациенте, которую невозможно получить никакими другими методами. Опыт клинического применения радиоизотопной диагностики открыл новые возможности изучения метаболических
Радиоизотопная диагностика in vitro (в пробирке) - исследование образцов, полученных у пациента. Примеры такого рода диагностики - это радиоиммунный (радиоиммунологический) анализ и различные методы молекулярной биологии с использованием радионуклидов и стабильных изотопов.
Радиоизотопная диагностика in vitro позволяет без какого-либо вмешательства в организм своевременно и точно определить дефицит питательных веществ, витаминов и микроэлементов в организме человека и должным образом его скорректировать, а также выявить болезни сопряженные с их нехваткой. Эти методы имеют высокую социальную значимость, остро востребованы в ряде стран и имеют большой потенциал применения. В настоящее время свыше миллиарда человек страдают болезнями или потеряли трудоспособность вследствие дефицита питательных веществ.
Лучевая диагностика - метод медицинских исследований, основанный на получении изображения органов и тканей при помощи проникающего излучения (как правило, ионизирующего). Рентгенодиагностика (рентгенологическая диагностика) - метод медицинских исследований, основанный на получении изображения органов и тканей при прохождении через них рентгеновского излучения. Уникальные возможности использования рентгеновских лучей для исследования организма человека и животных были оценены и вошли в практику практически сразу после их открытия в 1895 году - первые диагностические «скиаграммы» опубликованы в январе 1896 года. С тех пор рентгенодиагностика является одним из самых распространенных методов диагностики в мире. Например» в США половина населения ежегодно проходит рентгенологическое обследование, в Японии такие обследования проходит более 70%. Подобным образом дело обстоит и в других развитых странах.
Радиотерапия - лечение радиацией (ионизирующим излучением). Радиотерапия основана на избирательном облучении больных органов или тканей организма.
Если проводить облучение не всего организма, а отдельных органов, то человек без вреда (или с оправданным риском для здоровья) переносит достаточно большие дозы. При проведении радиотерапии стремятся к тому, чтобы облучался лишь больной орган (ткань), но, как правило, облучение здоровых органов тоже происходит. Наибольшее распространение радиотерапия нашла при лечении онкологических (раковых) заболеваний. Облучение может осуществляться либо за счет радионуклидов, целенаправленно введенных в орган или ткань, либо внешними источниками излучения.
Радионуклидные методы радиотерапии (радиотерапия открытыми источниками) основаны на том, что радионуклид в составе специально подобранного химического соединения избирательно вводится в тот орган или ткань человека, которые необходимо облучить. В результате достигается целенаправленное дозированное воздействие, приводящее к уничтожению опухолевых тканей и выздоровлению. В настоящее время для лечения используют, как правило, источники на основе цезия-137. Эти источники настолько миниатюрны, что их можно поместить в малые бронхи: легких, желчные протоки и даже мелкие сосуды.
Внешнее облучение (лучевая терапия) применяется для лечения опухолей или воспаленных тканей. В качестве источников облучения используются ускорители (аппаратные источники ионизирующего излучения) или радиоизотопные установки, в основном на основе кобальта-60. При этом различными способами достигается минимальный уровень облучения здоровых участков, обеспечивающий их сохранность. Особое значение методы радиотерапии приобретают, когда хирургическое вмешательство невозможно.