А.И. Сафонов
Техноэкология. Курс лекций
Донецк: ДонНУ, 2014. – 107 с.

4. Проблемы окружающей среды урбанизированных территорий

4.3. Ионизирующие загрязнения окружающей среды

Ионизирующее излучение, проникая через то или иное вещество, взаимодействует с его атомами и молекулами. В результате такого взаимодействия атом теряет один или несколько электронов, превращается в положительно заряженный ион, происходит первичная ионизация. Электроны, полученные при первой ионизации, сами взаимодействуют с вторичными атомами, создают новые ионы – это вторичная ионизация. Так, энергия излучения, проходя через вещество, расходуется в основном на ионизацию среды. Число пар ионов, создаваемых ионизирующим излучением в веществе на единицу пути пробега, называется удельной ионизацией, а средняя энергия, которая затрачивается ионизирующим излучением на образование одной пары ионов – средней работой ионизации.

Название «ионизирующие излучения» объединяет различные по своей физической природе виды излучений. Сходство между ними в том, что, обладая высокой энергией, они через процессы ионизации и последующие химические реакции в биологической среде клетки могут привести к ее гибели.

Ионизирующее излучение не воспринимается органами чувств человека, мы не видим, не слышим и не чувствуем таких воздействий, хотя с таким излучением человек встречается ежедневно, в каком регионе планеты он бы не находился. Это так называемый радиационный фон Земли, состоящий из трех компонентов: космического излучения; излучения естественного; находящегося в почве, воде, воздухе, строительных материалах, излучения от природных веществ. Эти вещества с пищей и водой попадают внутрь организма и сохраняются в тканях тела человека в течение всей его жизни. Наряду с этим, человек подвергается воздействию искусственных источников излучения, включая радиационные нуклиды, широко применяемые в народном хозяйстве.

Что такое радиоактивность? Радиоактивность – это самопроизвольное превращение (распад) атомных ядер некоторых химических элементов (урана, тория, радия, цезия, циркония и др.), приводящее к изменению их атомного номера и массового числа. Такие элементы называются радиоактивными.

Активностью называют меру количества радиоактивного вещества, выражаемую числом радиоактивных превращений в единицу времени. В системе единиц СИ за единицу активности принят беккерель (Бк) – одно ядерное превращение в секунду (расп./с) Внесистемной единицей измерения активности является кюри (Кю).

Виды ионизирующих излучений подразделяют на две группы: электромагнитное (рентгеновское и гамма-излучение) и корпускулярное (излучение разного рода ядерных частиц).

Рентгеновские и гамма-излучения относятся к широкому спектру электромагнитных излучений. Они располагаются в спектре вслед за радиоволнами, видимым светом, ультрафиолетовыми лучами. Самой короткой длиной волны и наибольшей частотой электромагнитных колебаний в этом спектре обладают рентгеновские и гамма-излучения. Чем меньше длина волны, тем выше энергия излучения и тем больше его проникающая способность.

Солнце является источником рентгеновского излучения, которое поглощается атмосферой, в противном случае оно бы губительно действовало на все живое. Гамма-излучение представляет собой коротковолновое электромагнитное излучение, которое сопровождает ядерные реакции и распад многих радиоактивных веществ.

Для защиты от гамма-излучения, которое может пройти через человеческое тело, эффективно используют свинец, бетон или другие материалы с высоким удельным весом.

Альфа-излучение – это поток тяжелых положительно заряженных частиц (в 7300 раз тяжелее бета-частиц), движущихся со скоростью 20000 км/с. Альфа-излучение по своей физической природе представляет собой ядра атома гелия, обладает большой ионизирующей способностью, но проникает в ткани человека на малую глубину поверхностного слоя кожи. От этих лучей можно защититься листом бумаги. Однако если альфа-частицы попадают в организм человека с пищей, водой или воздухом они, становятся очень опасным облучателем организма изнутри.

Бета-излучение – это поток отрицательно заряженных частиц, электронов и позитронов, скорость которых приближается к скорости света. Бета частицы могут проходить сквозь слой воды толщиной 1-2 см. С целью защиты от бета-частиц используется лист алюминия, толщиной несколько миллиметров. При внешнем облучении бета-частицами могут возникнуть ожоги различной степени тяжести, а при поступлении источников бета-излучения в организм с пищей, водой и воздухом происходит внутреннее облучение, способное привести к тяжелому лучевому поражению.

Особо опасной является способность радионуклидов при поступлении в организм вызывать различные повреждения от острых, приводящих к гибели, до хронических с отдаленными последствиями тяжелых заболеваний. Животные и растительные организмы обладают различной радиочувствительностью, причины которой до настоящего времени не выяснены.

В результате действия ионизирующих излучений на организм человека и животных в тканях происходят сложные физические, химические и биохимические процессы, нарушается обмен веществ. Любые ионизирующие излучения при воздействии на человека вызывают биологические изменения как при внешнем, так и при внутреннем воздействии, когда радиоактивные вещества через кожу, дыхательные пути или с водой и пищей попадают внутрь организма.

В зависимости от величины дозы, попавшей на поверхность тела или внутрь организма, вызванные изменения могут быть обратимыми или необратимыми. Большие дозы при длительном облучении вызывают необратимые поражения с тяжелым исходом.

Каковы дозы излучения и единицы их измерения? Степень опасности облучения зависит от величины поглощенной дозы, ее мощности, объема облученных тканей и органов, вида излучения. Чем меньше доза излучения, тем меньше биологический эффект. Степень, глубина и форма лучевых поражений биологических объектов при воздействии ионизирующих излучений зависит от величины поглощенной энергии. Поглощенная доза излучения измеряется энергией ионизирующего излучения, воздействующего на массу облучаемого вещества. За единицу поглощенной дозы облучения принят джоуль на килограмм – грей.

В радиационной гигиене широкое применение получила внесистемная единица – рад. Это такая поглощенная доза, при которой количество энергии, поглощенной в 1г любого вещества, составляет 100 эрг. Поглощенные дозы для отдельных частей тела следующие: голова – 20, нижняя часть живота – 30, верхняя часть живота – 50, грудная клетка – 100, конечности – 300.

За последние несколько десятилетий уровень излучения во внешней среде увеличился за счет радиоактивных выпадений после испытаний атомного оружия, а также радиоактивных отходов от атомных электростанций и предприятий атомной промышленности.

Радиоактивные отходы (РАО) – это побочные биологические (или технические) вредные вещества, содержащие образовавшиеся в результате технической деятельности человека радионуклиды. РАО прежде всего поступают в атмосферу и рассеиваются в ней.  Процесс борьбы с РАО включает этапы: улавливание, концентрирование, упаковка, хранение, захоронение. Этап улавливания важен в случае газообразных РАО, среди которых наиболее существенны радионуклиды криптона, ксенона, трития, углерода. Жидкие РАО для захоронения доводят до твердого состояния, включая в стеклообразную массу, а затем заключают в металлическую матрицу, бетонные блоки и пористые керамические материалы. Самыми многочисленными являются твердые отходы РАО. Считается, что в реакторах АЭС мощностью 1 ГВт за год образуется 300-          500 м² твердых отходов.Сложной проблемой является выбор геологических формаций для захоронения РАО. Наиболее пригодными для этой цели являются глубокие штольни и шахты, особенно в каменной соли или скальных породах. В любых случаях должна быть обеспечена высокая водонепроницаемость. Высокую опасность представляют твердые отходы, образующиеся при переработке урановых и ториевых руд, которые отличаются повышенным содержанием естественных радионуклидов (ЕР). Такие отходы могут использоваться в строительных материалах при условии, чтобы концентрация ЕР не превышала утвержденных нормативов.

Радиационный фон производственных и жилых помещений обусловлен во многих случаях наличием радона и продуктов его распада. Источником этих излучений является земная кора, при этом радон образуется из радия, распространенного повсеместно. Определенной проблемой является повышенное содержание радона внутри жилых и производственных помещений, так как много времени население индустриально развитых стран проводит в помещениях. Искусственными источниками ионизирующего излучения являются также некоторые приборы, которые используют эти излучения в целях диагностики и лечения. Имеются и другие источники излучения, в их число входят телевизоры, компьютерные системы, медицинские приборы (табл.3.3).

Таблица 3.3

Воздействие искусственных источников излучения на человека

Нормативными документами установлены, например, для АЭС, пределы облучения персонала и населения: соответственно 5 и 0,5 рад в год. Эти уровни доз считаются потенциально неопасными. При выполнении аварийных работ максимально накопленная доза не должна превышать 25 рад. Доза, получаемая за счет существующего фона излучения и от других источников излучения за 70 лет жизни, составит около 14-15 бэр. Неблагоприятное действие от этого уровня излучения на здоровье детей и взрослых не установлено.