Радиационный ликбез

Источник материала:

Радиация – это…

Радиоактивность – это способность ядер атомов некоторых веществ самопроизвольно превращаться в другие ядра, испуская при этом частицы или электромагнитное излучение. Поток таких частиц или электромагнитного излучения при взаимодействии с веществом вызывает образование ионов, поэтому его еще называют ионизирующим излучением. Применяется также термин «радиация».

Естественный фон

По происхождению радиоактивность делят на естественную и техногенную.
Естественная радиоактивность существует миллиарды лет и присутствует буквально повсюду. Радиоактивные материалы вошли в состав Земли с самого ее возникновения. Наша планета постоянно находится под воздействием космических лучей. Их интенсивность зависит от географической широты и высоты местности над уровнем моря.

В создании естественного радиационного фона серьезную роль играют излучения радиоактивных элементов, залегающих в поверхностном слое земной коры. Среднее излучение почвы невелико. Зато там, где на поверхность выходят граниты, естественный радиоактивный фон может быть в двадцать раз выше. Самая высокая радиоактивность воды – в глубоких колодцах.

Человека и животных тоже пронизывает излучение радиоактивных изотопов, входящих в состав их организмов. В тканях человеческого тела одним из главных источников природной радиации являются калий-40 и рубидий-87.

Техногенной называют радиацию, вызванную деятельностью человека, в процессе которой происходит перераспределение и концентрирование естественных радионуклидов, что приводит к заметным изменениям естественного радиационного фона. Сюда относится добыча и сжигание каменного угля, нефти, газа, других горючих ископаемых, использование фосфатных удобрений, добыча и переработка руд.
Источниками техногенной радиации являются проводимые человеком испытания ядерного оружия и, конечно же, атомная энергетика.

Как работают АЭС?

Атомные электростанции используют для работы описанную выше способность ядер атомов некоторых веществ делиться. Поэтому их иногда называют еще ядерными. Топливом для этих станций служит специально подготовленный природный металл – уран (точнее, его изотоп). Этот элемент обладает уникальным свойством: его ядра могут делиться на два ядра-осколка с выделением огромного количества энергии. Именно эта энергия высвобождается при взрыве атомной (или ядерной) бомбы.

Техническое устройство, где созданы условия для контролируемого человеком деления ядер урана, называется ядерным реактором. Это своеобразная «атомная бомба медленного действия» – энергия в ней выделяется не мгновенно, как в бомбе, а постепенно. Ядерная реакция очень капризна, и управлять ею довольно трудно. Поэтому в реакторе предусмотрено несколько устройств управления и защиты, которые должны держать его под контролем. К сожалению, удается это не всегда, печальным примером чему является авария на Чернобыльской АЭС.

Уран, используемый в качестве сырья для АЭС, – естественный радиоактивный элемент, его добывают при помощи специальной технологии из особой руды. Но в процессе работы станций появляются и гораздо более опасные радиоактивные вещества. Некоторые из них попадают наружу даже при нормальной работе станций. Так, через трубы станций постоянно происходит выброс радиоактивных изотопов: йода, благородных газов, трития. Поэтому у населения, живущего поблизости от действующих АЭС, фиксируется повышенная заболеваемость онкологическими болезнями и более высокая детская смертность.

В случае неполадок на станции и нарушения целостности реактора радиоактивные элементы выходят в окружающую среду и представляют огромную опасность для очень обширных территорий.

Плутоний – бессмертный убийца

Такого вещества, как плутоний, до начала строительства атомных реакторов в природе просто не существовало. Это радиоактивный элемент с очень долгим сроком жизни. Его жизненный цикл даже сложно себе представить – период полураспада составляет 24 тысячи лет, а полностью безопасным элемент может стать только через 240 тысяч лет. Плутоний губителен для всего живого. Поскольку раньше его не существовало на Земле, живые организмы оказались абсолютно не приспособлены к его присутствию, в отличие от воздействия естественных источников радиации.

Изначально именно добыча плутония, использовавшегося для производства атомных бомб, и была задачей первых ядерных реакторов, которые начали сооружать в США и СССР в сороковых годах прошлого века. И после того, как стали создаваться атомные электростанции, помимо выработки электроэнергии их задачей было также производство плутония. Когда ядерные программы были свернуты, этот элемент оказался ненужным. Поэтому он остается в отходах атомных станций, серьезно увеличивая их опасность для окружающей среды.

Период полураспада

Число радиоактивных ядер одного типа постоянно уменьшается во времени благодаря их распаду.
Скорость этого процесса принято характеризовать периодом полураспада: это время, за которое число радиоактивных ядер определенного типа уменьшится в два раза.

Ошибаются те, кто считает, что если радиоактивное вещество имеет период полураспада 1 час, это значит, что через 1 час распадется его первая половина, а еще через 1 час – вторая половина, и это вещество полностью исчезает.

Для радионуклида с периодом полураспада 1 час это означает, что через 1 час его количество станет меньше первоначального в два раза, через 2 часа – в четыре, через 3 часа – в восемь раз и так далее, но полностью не исчезнет никогда. В такой же пропорции будет уменьшаться и радиация, излучаемая этим веществом. Поэтому можно прогнозировать радиационную обстановку на будущее, если знать, какие и в каком количестве радиоактивные вещества создают радиацию в данном месте в данный момент времени. Абсолютно не правы и те, кто утверждает, что радиоактивные отходы в хранилищах полностью распадутся за 300 лет. На самом деле это время составит примерно 10 периодов полураспада цезия-137, одного из самых распространенных техногенных радионуклидов, и за 300 лет его радиоактивность в отходах снизится почти в тысячу раз, но, к сожалению, не исчезнет.

У каждого радионуклида свой период полураспада, он может составлять как доли секунды, так и миллиарды лет. Важно, что период полураспада постоянен, и изменить его невозможно.
Образующиеся при радиоактивном распаде ядра, в свою очередь, также могут быть радиоактивными. Так, например, радиоактивный радон-222 обязан своим происхождением радиоактивному урану-238.

Горячие частицы

Одно из мрачных порождений аварий на АЭС – так называемые горячие частицы. До Чернобыльской катастрофы о таком явлении просто не знали – оно не отмечалось даже при проведении ядерных испытаний. Горячие частицы – чрезвычайно малые и чрезвычайно радиоактивные «кусочки» вещества, похожие на обычную сажу. Появляются они во время пожара на реакторе в результате спекания частиц ядерного топлива с графитом, из которого сложен реактор. Из-за своей высокой радиационной активности такие частицы при попадании на кожу или даже одежду могут вызвать тяжелые заболевания, ведь они «начинены» ураном и плутонием.

Чаще других от горячих частиц погибают трактористы и водители – те, кто часто ездит по пыльным проселочным дорогам. Конечно, больше всего рискуют пострадать от них люди, живущие в регионах, близких к аварийной атомной станции. Однако опасности подвергаются и все остальные жители планеты – без исключения.

Поскольку размеры горячих частиц очень малы, они легко переносятся воздухом на сотни и тысячи километров. Оставаться опасными эти частицы будут в течение десятка тысяч лет, а попасть могут в любой уголок земного шара. Так что житель африканской деревушки или Латинской Америки завтра вполне может заболеть раком из-за аварии на Чернобыльской АЭС, произошедшей 25 лет назад. Увеличивая количество таких частиц в атмосфере планеты, каждая новая авария на АЭС будет увеличивать риск заболеваний для всех ее жителей во многих поколениях.

Снаружи и изнутри

Воздействие радиоактивных веществ на живой организм, в том числе и на человека, делится на два вида: внешнее облучение и внутреннее.
При внешнем облучении радиоактивное вещество находится вне организма и воздействует на него своим излучением, вызывая выработку ионов. Это происходит, когда человек находится рядом с предметом, являющимся источником излучения, или на зараженной местности. Особенную опасность в таких случаях представляет гамма-излучение, обладающее высокой проникающей способностью. Последствия такого воздействия зависят от силы облучения и времени, на протяжении которого человек ему подвергается. От него можно частично защититься. Так, например, наиболее опасное гамма-излучение серьезно ослабляется при помощи свинцового экрана. Поэтому люди, вынужденные находиться возле зараженных объектов или на зараженной местности в силу профессиональных обязанностей, надевают специальную одежду и используют средства защиты.

Второй тип облучения особенно коварен. Если радиоактивное вещество попадает внутрь организма, его губительное влияние многократно усиливается. Главную роль при этом играет уже альфа- и бета-излучение. Многие радиоактивные вещества, попав в организм, могут оставаться в нем надолго и постепенно накапливаться. Так, например, йод откладывается в щитовидной железе, стронций – в костях человека. Для внутреннего облучения требуются гораздо меньшие дозы радиоактивного вещества.

Чтобы понять разницу в силе воздействия между внешним и внутренним облучением, представьте костер, в котором тлеют сотни угольков. Если человек поднесет руку к ним слишком близко, он получит сильный ожог, немного дальше – он будет чувствовать дискомфорт, а сев на безопасном расстоянии у костра, будет ощущать только небольшое тепло. А что будет, если тот же человек проглотит один-единственный крошечный уголек? Так и с радиацией – для ужасных последствий хватит и ничтожно малой доли вещества.

Чем опасна радиация?

Большинство видов радиации опасны для человека и почти всех видов живого. Большие дозы радиации грозят быстрой смертью. Малые дозы приводят к видимым последствиям не сразу, но в дальнейшем могут вызвать поражение отдельных органов, расстройства иммунной системы, онкологические заболевания. Сверхмалые дозы радиации могут вызывать нарушение генетической структуры, которые, передаваясь по наследству, могут приводить к страшным последствиям для здоровья детей и внуков человека, получившего облучение.

В процессе обмена веществ в организме человека радиоактивные вещества замещают атомы стабильных элементов в различных структурах клеток и биологически активных соединениях. При распаде радионуклида образуются изотопы химических элементов, принадлежащие соседним группам периодической системы, что может привести к разрыву химических связей и перестройке молекул. Эффект радиационного воздействия может проявиться совсем не в том месте, которое подвергалось облучению.

Радионуклиды накапливаются в органах неравномерно. Наиболее интенсивно облучаются органы, через которые поступили радионуклиды в организм (органы дыхания и пищеварения), а также щитовидная железа и печень. Дозы, поглощенные в них, на 1–3 порядка выше, чем в других органах и тканях.
Так, в щитовидной железе накапливается до трети всосавшихся продуктов деления, преимущественно радиоизотопов йода. На втором месте после щитовидной железы находится печень. Наиболее серьезное последствие облучения человека при малых дозах – рак. Первыми среди раковых заболеваний, поражающих население загрязненных районов, стоят лейкозы, затем идут рак молочной железы и рак щитовидной железы.

Данные по генетическим последствиям облучения весьма неопределенны. Ионизирующее излучение может порождать жизнеспособные клетки, которые будут передавать то или иное изменение из поколения в поколение. Экспертные оценки показывают, что даже небольшое хроническое облучение, полученное родителями в течение 30 лет, приводит к появлению около двух тысяч случаев генетических заболеваний на каждый миллион новорожденных.

Воздействие различных доз радиации на человеческий организм