М.В. Горшков
Экологический мониторинг
Учебное пособие. – Владивосток: Изд-во ТГЭУ, 2010. – 313 с.
Курс лекций
Лекция 11. Мониторинг радиационного загрязнения природной среды
В
природе существует три основных вида радиоактивного излучения – альфа, бета и
гамма. Гамма-излучение представляет собой электромагнитное излучение высокой
энергии и обладает наибольшей проникающей способностью. Соответственно, защита
от внешнего гамма-излучения представляет наибольшие проблемы [58].
Бета-излучение
имеет корпускулярную природу и представляет собой поток отрицательно заряженных
частиц (электронов). Бета-излучение обладает меньшей проникающей способностью.
Защититься от этого излучения при внешнем источнике можно сравнительно легко. В
принципе, бета-частицы задерживаются неповрежденной кожей. Однако при
поступлении внутрь организма бета-активные радионуклиды испускают хорошо
поглощаемые тканями организма бета-частицы. Возникающие при этом в организме
разрушения значительно превосходят таковые, производимые гамма-излучением.
Альфа-излучение
представляет собой поток положительно заряженных частиц с зарядом 2 и массой,
равной 4, (по существу - ядра гелия). Этот вид излучения легко поглощается
любой средой. Защититься от него можно буквально листом бумаги. Однако,
поступление альфа-излучателя внутрь организма может вызвать трагические
последствия.
Процесс
радиоактивного распада (перехода радиоактивного элемента в другой химический
элемент) сопровождается излучением одного или нескольких видов. В соответствии
с тем, какой вид излучения характерен для радиоактивного распада данного
изотопа, выделяют гамма-активные изотопы (например, цезий-137), бета-излучатели
(например, стронций-90) и альфа-излучатели (например, большинство изотопов
плутония).
Количественной
характеристикой источника излучения служит активность, выражаемая числом
радиоактивных превращений в единицу времени. В СИ единицей активности является
беккерель (Бк) – 1 распад в секунду (с-1). Иногда используется
внесистемная единица кюри (Ки), соответствующая активности 1 г радия. Соотношение этих единиц определяется следующей формулой: 1 Ки = 3,7·1010 Бк.
Интенсивность
альфа- и бета-излучения может быть охарактеризована активностью на единицу
площади. Интенсивность гамма-излучения характеризуется мощностью экспозиционной
дозы.
Экспозиционная
доза измеряется по
ионизации воздуха и равна количеству электричества, образующегося под действием
гамма-излучения в 1 кг воздуха. В СИ экспозиционная доза выражается в кулонах
на кг (Кл/кг).
Весьма
популярна также внесистемная единица экспозиционной дозы – рентген. Это – доза
гамма-излучения, при которой в 1 см3 воздуха при нормальных
физических условиях (температура 0 оС и давление 760 мм рт.ст.) образуется 2,08·109 пар ионов, несущих одну электростатическую единицу
количества электричества. Мощность экспозиционной дозы отражает скорость
накопления дозы и выражается в Кл/кг·сек (в СИ) или в Р/ч (во внесистемных
единицах).
Наиболее
адекватный способ описания степени радиоактивного загрязнения местности – это
плотность загрязнения. Плотность загрязнения представляет собой активность на
единицу площади (с учетом изотопного состава). Этот способ, однако, весьма
трудоемок, требует проведения лабораторных анализов и не всегда может быть
использован для оперативной оценки. Обычно такая оценка производится с помощью
методов полевой дозиметрии.
При
этом используемые приборы, методы и единицы измерения зависят от типа
загрязнения. Мерой загрязнения гамма-излучателями является мощность
экспозиционной дозы; бета-загрязнение характеризуется плотностью потока
бета-частиц. Оценка степени загрязнения альфа-излучателями в полевых условиях
невозможна.
Как
правило, при техногенном загрязнении в окружающую среду поступает смесь
радионуклидов, среди которых есть все типы излучателей. Поэтому в первом
приближении степень опасности может быть оценена по уровню гамма-фона. Тем не
менее, в ряде случаев такая оценка неприменима. Если в сбросах предприятия
содержатся, главным образом, бета-излучающие радионуклиды, то радиационная
ситуация не может быть охарактеризована через величину экспозиционной дозы даже
на качественном уровне. Например, загрязнение рукава реки Т., в который
осуществляется сброс с химического комбината С., характеризуется весьма
высокими уровнями бета-излучения, в то время как гамма-фон, в основном, близок
к нормальному.
В то
же время, населению, как правило, в качестве характеристики загрязнения
сообщается (в т.ч. и через средства массовой информации) только мощность экспозиционной
дозы. Эта величина, однако, является лишь одной из характеристик радиационной
ситуации. Существует множество искусственных радиоактивных изотопов, которые
практически не испускают гамма-квантов, но при этом являются очень опасными
источниками излучения. Мощность экспозиционной дозы, определяемая при помощи
гамма-дозиметра, не может отразить степени загрязнения такими изотопами.
Система
нормирования в области радиационной безопасности в России претерпела
существенные изменения в последние несколько лет. Действующая система
нормирования в этой области строится на понятии дозовой нагрузки. Основными
документами, в соответствии с которыми осуществляется радиационный контроль за
безопасностью населения, являются Федеральный Закон «О радиационной
безопасности населения» и принятые в его развитие «Нормы радиационной
безопасности НРБ-96».
Оба
документа служат для обеспечения радиационной безопасности человека.
Экологических нормативов, устанавливающих допустимые воздействия на экосистемы,
в области радиационной безопасности не существует.
В
системе нормирования используются следующие основные понятия:
Поглощенная
доза –
фундаментальная дозиметрическая величина, определяемая количеством энергии,
переданной излучением единице массы вещества. За единицу поглощенной дозы
облучения принимается грей (джоуль на килограмм) – поглощенная доза излучения,
переданная массе облучаемого вещества в 1 кг и измеряемая энергией в 1 Дж любого ионизирующего излучения (1 Гр = 1 Дж/кг).
Эквивалентная
доза. Поскольку
поражающее действие ионизирующего излучения зависит не только от поглощенной
дозы, но и от ионизирующей способности излучения, вводится понятие
эквивалентной дозы. Для расчета эквивалентной дозы поглощенную дозу умножают на
коэффициент, отражающий способность данного вида излучения повреждать ткани
организма. При этом альфа-излучение считается в двадцать раз опаснее других
видов излучений. Единицей эквивалентной дозы является зиверт – доза любого вида
излучения, поглощенная в 1 кг биологической ткани, создающая такой же
биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 Гр фотонного излучения.
Эффективная
эквивалентная доза. Следует учитывать, что одни части тела (органы) более
чувствительны к радиационным повреждениям, чем другие. Поэтому дозы облучения
органов и тканей учитываются с различными коэффициентами. Эффективная
эквивалентная доза отражает суммарный эффект облучения для организма; она также
измеряется в зивертах.
Закон «О
радиационной безопасности населения» устанавливает допустимую дозовую нагрузку
на население на уровне 1 мЗв/год. В соответствии с НРБ-96,
устанавливаются следующие категории облучаемых лиц: персонал (подразделяемый на
группы А и Б); все население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий их
производственной деятельности.
Нормы
радиационной безопасности (НРБ) регламентируют допустимые уровни воздействия
радиации на человека. На основе этих норм разрабатываются нормативные
документы, регламентирующие порядок обращения с различными источниками
ионизирующего излучения, подходы к защите населения от радиации и т.п. В
настоящее время действуют «Основные санитарные правила работы с радиоактивными
веществами и другими источниками ионизирующих излучений» ОСП-72/87, основанные
на ранее действовавших нормативных документах (в частности, НРБ-76/87). Эти
правила, в частности, содержат требования по:
· обеспечению радиационной безопасности персонала учреждений и населения, а
также по охране окружающей среды от загрязнения радиоактивными веществами;
· учету, хранению и перевозке источников ионизирующего излучения;
· сбору, удалению и обезвреживанию твердых и жидких радиоактивных отходов.
Действие
документа распространяется на любые предприятия и учреждения, независимо от
ведомственной принадлежности и формы собственности, где «производятся,
обрабатываются, перерабатываются, применяются, хранятся, обезвреживаются и
транспортируются естественные и искусственные радиоактивные вещества и другие
источники радиоактивного излучения».
Радионуклиды. Радиоактивные элементы
распространяются по пищевой цепи (от растений к животным), попадают в организм
человека и могут накапливаться в организме. Наиболее опасными для здоровья
являются изотопы 90Sr, 137Cs, 131I. Благодаря
химическому сходству с кальцием, 90Sr легко проникает в костную
ткань, 137Cs накапливается в мышцах, замещая калий, а 131I
– в щитовидной железе человека. В табл. 13.2 приведены данные по степени
биологического воздействия радионуклидов.
Последствия
загрязнения окружающей среды определяются не столько концентрацией
радионуклидов, сколько влиянием ионизирующего излучения (радиации), т.к. в
результате радиоактивного распада выделяется огромная энергия. Механизм
биологического действия радиоактивных излучений сложен и до конца не изучен.
Ионизация и возбуждение атомов и молекул в живых тканях, происходящие при поглощении
ими излучения, лишь начальный этап в сложной цепи последующих биохимических
превращений. Установлено, что ионизация приводит к разрыву молекулярных связей,
изменению структуры химических соединений и в конечном итоге к разрушению
нуклеиновых кислот и белка. Под действием радиации поражаются клетки, прежде
всего их ядра, нарушается способность клеток к нормальному делению и обмен веществ
в клетке. Все это может привести к гибели живых существ или к мутагенному
развитию будущих поколений [6].
Другие
вопросы, связанные с воздействием ионизирующего излучения на экосистемы
рассматриваются в литературе посвящённой радиоэкологии и радиобиологии, а также
рассматриваются в специальном курсе для студентов специальности
«Природопользование» [45, 49].
Таблица 11.1
Классификация
радионуклидов по степени биологического воздействия
Группа
|
Класс
радионуклидов по степени биологического воздействия
|
Радионуклиды
|
А
|
С особо высокой радиотоксичностью
|
210Pb, 210Po, 226Ra, 232U, 238Pu
|
Б
|
С высокой радиотоксичностью
|
106Ru, 131I, 144Ce, 210Bi, 234Th
|
В
|
Со средней радиотоксичностью
|
22Na, 32P, 35S, 137Cs
|
Г
|
С низкой радиотоксичностью
|
7Be, 14C, 51Cr, 64Cu
|
Д
|
С очень низкой радиотоксичностью
|
Тритий и его соединения
|
В
завершение отметим основные источники электромагнитных (неионизирующих) излучений
во Владивостоке:
1. Краевой радиотелевизионный передающий
центр (ул. Нерчинская).
2. Радиостанция № 3 на ст. Весенняя.
3. Земная станция спутниковой системы
передачи типа «Орбита».
4. Метеорологические радиолокаторы типа
«Титан» и «Метеорит» и учебный метеорологический локатор типа МРП в Садгороде.
5. Телевизионный транслятор на ул.
Промышленная, 4.
6. Телевизионный ретранслятор на п-ове
Де-Фриза.
7. Источники электромагнитных излучений
Тихоокеанского флота.
8. Источники электромагнитных излучений
войск ПВО.
Приведем
некоторые физико-гигиенические характеристики перечисленных источников
электромагнитных излучений:
Вопросы для самоконтроля
1. Назовите
основные виды ионизирующего излучения, источник этих излучений и опишите
физиологическое действие.
2. Назовите и
охарактеризуйте основные показатели радиоактивности. Укажите единицы измерения.
3. Опишите
физиологическое и экологическое действие радионуклидов.
4. Дайте
характеристику радиационному состоянию города Владивостока.
|