Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
351
Глава 15. Радионуклиды как источник радиационной опасности
15.1. Радиоактивность. Параметры радиоактивного распада
Свойство самопроизвольного испускания некоторыми элементами ИИ называется радиоактивностью. Радиоактивные свойства впервые обнаружены А. Беккерелем у урана в 1896 г. После того как в 1934 г. Ирен и Фредерик Жолио-Кюри открыли искусственную радиоактивность, были не только получены радиоактивные изотопы всех без исключения элементов, но и заполнены свободные до того времени клетки в периодической системе элементов. В 40-х годах удалось получить элементы с атомными номерами, превышающими 92 («трансурановые элементы»). Радиоактивность присуща также и нейтронам: за 11 мин. один из двух свободных нейтронов превращается в протон, испуская при этом электрон.
Установлено, что источником ИИ, испускаемых радиоизотопами, служат внутриядерные перестройки, сопровождающиеся распадом атомного ядра и образованием нового химического элемента. Химические элементы, имеющие атомные ядра, подверженные самопроизвольному радиоактивному распаду, получили название радионуклидов.
Радиоактивный распад вызывает непрерывное уменьшение числа атомов радиоактивного элемента. Интервал времени, в течение которого распадается половина атомов радионуклида, называется периодом полураспада. Зная эту величину, можно рассчитать число нераспавшихся атомов радионуклида в любой момент времени t:
N = N02-t/T,
где N0 – начальное число атомов; N – число атомов в момент t; T – период полураспада.
Период полураспада является одной из основных характеристик радиоактивного вещества, поскольку его величина строго постоянна и не зависит от условий внешней среды. Если период полураспада измеряется секундами – часами, говорят о короткоживущих радионуклидах, если годами – о долгоживущих радионуклидах. Период полураспада основного природного изотопа урана - 92U238- составляет 4,5 миллиарда лет. Медицинское значение скорости радиоактивного распада состоит в том, что при равном количестве радиоактивных веществ, поступивших в организм или загрязнивших кожные покровы, более длительное облучение (а, следовательно, и более высокую дозу облучения) обусловит то из них, которое содержит радионуклид с большим периодом полураспада.
По характеру испускаемых ИИ радионуклиды делят на и -излучатели. Наряду с этими корпускулами, некоторые радионуклиды излучают также -кванты. Характер излучения весьма важен для обнаружения радионуклидов во внешней среде и в организме. -лучи легко проникают наружу из толщи тел, содержащих радиоактивные вещества. Поэтому наличие -составляющей ИИ радионуклидов способствует их выявлению и измерению их количества.
15.2. Количество радиоактивных веществ. Радиометрия
Выражать количество радиоактивных веществ в традиционных единицах (массы, веса или объёма) неудобно из-за незначительности этих величин для биологически значимых количеств радионуклидов, а также из-за того, что последние, как правило, находятся в смеси с нерадиоактивными веществами и друг с другом. Поэтому критерием оценки количества радиоактивных веществ служит их радиоактивность (активность), т.е. способность к испусканию ИИ. В системе СИ за единицу радиоактивности принят 1 распад в секунду (беккерель, Бк), а традиционной единицей служит кюри (Кu). Активность, отнесённая к единице объёма или единице массы заражённого радионуклидами вещества, называется удельной активностью. Активность, отнесённая к единице площади заражённой радионуклидами поверхности, называется плотностью поверхностного радиоактивного заражения. Единицы радиоактивности и производные от них представлены в таблице 66.
Выявление радиоактивных веществ и количественная оценка их содержания в различных объектах и на поверхностях называется радиометрией. В связи с тем, что радиоактивные вещества определяются по испускаемым ими ИИ, для радиометрических исследований могут применяться некоторые дозиметрические приборы – в частности, измерители мощности дозы γ-излучения.
Таблица 66.
Единицы измерения количества радиоактивных веществ
|
Показатели количества РВ |
Единица, её наименование, обозначение |
Соотношение единиц |
|
|
внесистемная |
СИ |
||
|
Активность |
кюри (Ku) |
беккерель (Бк) |
1 Ku = 3,7 1010 Бк |
|
Удельная активность |
Ku/кг; Ku/м3 |
Бк/кг; Бк/м3 |
- |
|
Плотность поверхностного радиоактивного заражения |
Ku/см2; Ku/м2; Ku/км2; распад/(мин. см2) |
Бк/м2 |
- |
Активность – главный параметр, определяющий дозу облучения тканей, а следовательно, и повреждающий эффект радионуклидов при поступлении в организм и при наружном радиоактивном заражении тела. Вместе с тем, опасность радионуклидов зависит от агрегатного состояния и других физических свойств (адгезивности, липофильности) содержащих их радиоактивных веществ, а также от характера поступления, распределения и выведения радионуклидов из организма.
15.3. Источники радионуклидов.
Радионуклиды в природе и народном хозяйстве
Природные радионуклиды. Ранее отмечалась роль радионуклидов как источника естественного радиационного фона. Его земная составляющая включает в себя внешнее и внутреннее облучение от радионуклидов, присутствующих в земной коре и атмосфере.
Внешнее облучение организма на уровне моря обусловлено, в основном, -излучением радионуклидов уранового ряда, присутствующих в грунте и строительных материалах (рис. 65).
Рисунок 65. Урановый ряд радионуклидов
А – массовое число ядра; Z – порядковый номер элемента в таблице Менделеева; кружки – радиоактивные изотопы; Pb – устойчивый изотоп; жирные наклонные стрелки - -распад; тонкие вертикальные стрелки - -распад
Помимо семейства 92U238, в природе существуют ещё два радиоактивных семейства – тория (90Th232) и редкого изотопа урана – 92U235. Разумеется, мощность дозы внешнего облучения зависит от концентраций радионуклидов в том или ином участке земной коры. В местах проживания основной массы населения они - примерно одного порядка. Однако есть и такие места, где содержание природных изотопов урана значительно выше. В Бразилии, в 200 км к северу от Сан-Паулу, есть небольшая возвышенность, где уровень радиации в 800 раз превосходит средний и достигает 250 мЗв в год. Чуть меньшие значения (175 мЗв в год) регистрируются на пляжах морского курорта Гуарапаи, также расположенного в Бразилии. Известны и другие места с многократно повышенным уровнем радиации – в Индии, во Франции, Нигерии, на Мадагаскаре. По данным Научного комитета ООН по действию атомной радиации (НКДАР ООН), средняя доза внешнего облучения, которую человек получает от земных источников ИИ естественного происхождения, составляет примерно 350 мкЗв.
Внутреннее облучение организма обусловливают, преимущественно, радиоизотопы, происходящие из земной коры (19К37 , 92U238 и радионуклиды уранового ряда). Включение в состав организма (инкорпорация) радионуклидов происходит, в основном, за счёт их поступления с пищей. Поэтому интенсивность внутреннего облучения зависит от состава почв и характера питания населения. Так, например, десятки тысяч людей на Крайнем севере питаются, в основном, мясом северного оленя, в котором в высокой концентрации присутствуют изотопы уранового ряда – 84Ро210 и 82Pb206. Они попадают в организм оленей зимой, когда единственным источником корма животным служат лишайники, накапливающие оба радионуклида. Дозы внутреннего облучения от 84Ро210 и 82Pb206 при этом в 35 раз превышают средний уровень. А в Западной Австралии, на почвах с повышенной концентрацией 92U238, облучение, обусловленное этим радионуклидом, в 75 раз превосходит средний уровень у аборигенов, питающихся мясом и требухой овец и кенгуру.
Радионуклидом уранового ряда, проникающим в организм ингаляционным путём, является радон (86Rh222). Этот инертный газ высвобождается из почвы и строительных материалов, накапливаясь в закрытых непроветриваемых помещениях. Воздействуя на бронхиальный эпителий и -излучением, радон и радиоактивные продукты его распада оказывают канцерогенный эффект. Задолго до открытия радона вызываемое этим радионуклидом заболевание (позже идентифицированное как рак лёгких) наблюдал у работников плохо вентилируемых шахт Парацельс, в 1567 году описавший его в трактате “Uber die Bergsuht und andere Bergkrankeiten”.
Вклад в дозу внутреннего облучения радионуклидов «космического» происхождения, т.е. образующихся в земной атмосфере под влиянием космического излучения, существенно меньше. Содержание в тканях живого организма одного из них – 6С14 - отличается постоянством, но после смерти, вследствие радиоактивного распада, экспоненциально снижается. Это служит основой для радиоуглеродного метода определения возраста палеонтологических находок.
Техногенные источники радионуклидов. В процессе хозяйственной деятельности человека возникает необходимость концентрировать радионуклиды, находящиеся в природном сырье (этот процесс называется обогащением) и накапливать их большие количества в ограниченных объёмах. Некоторая часть радиоактивных изотопов, используемых в народном хозяйстве и научных исследованиях, никогда не встречается в естественных условиях. В отличие от естественно-радиоактивных веществ, встречающихся в природных минералах, искусственно-радиоактивные вещества образуются в ходе ядерных реакций при целенаправленной бомбардировке природных изотопов нейтронами или тяжёлыми ускоренными заряженными частицами.
К техногенным объектам, содержащим радиоактивные вещества, относятся атомные энергетические установки, атомные исследовательские реакторы, объекты радиохимического производства, а также боевые части ядерного оружия. Кроме того, радиоактивные вещества широко применяются в практике лучевой диагностики (радиография), лучевой терапии (внешнее, внутреннее облучение), при -дефектоскопии промышленных изделий, при изготовлении постоянно светящихся (люминесцентных) красок. Радионуклиды служат весьма ценным средством научных исследований. Так, радиоизотопные методы применяются для изучения метаболизма у человека, животных и растений. В среднем, доза облучения организма человека от радиоактивных изотопов техногенного происхождения на порядок меньше, чем от природных.
Роль радионуклидов техногенного происхождения как источника облучения организма существенно возрастает при радиационных авариях и применении ядерного оружия.