Автор работы: Пользователь скрыл имя, 15 Октября 2013 в 11:13, курсовая работа
Мировая общественность стала проявлять серьезную озабоченность по поводу воздействия ионизирующих излучений на человека и окружающую среду с начала 50-х годов прошлого столетия, когда в результате испытаний ядерного оружия радиоактивный материал стал распространяться по всему земному шару. Однако, на основе многочис-ленных исследований, были сделаны выводы о том, что основную часть облучения население земного шара получает от естественных источников радиации [1-5]. Уровни земной радиации зависят от концентрации радионуклидов, встречающихся в горных породах земли. В основном это калий-40 и члены двух радиоактивных семейств, берущих начало от урана-238 и тория-232.
Внешнее облучения от наземных источников составляет в среднем 0,35-0,6 мЗв/год от земных радионуклидов, с учетом техногенно измененного фона данную дозу можно увеличить в 2 раза, что обусловлено, в основном, облучением внутри помещений [13].
1.2 Общая характеристика радиоизотопов радона, калия, радия, тория
Радон. Атомный номер – 86, средняя атомная масса 222. По физическим свойствам – бесцветный газ без запаха. Природные изотопы: 218Rn (период полураспада, - 0,035 с), 219Rn, актинон ( - 3,92 с), 220Rn, торон ( - 54,5 с), 222Rn, радон ( - 3,83 сут). Все они члены естественный радиоактивных рядов, дочерние продукты распада изотопов радия. Распадаясь с испусканием α-частиц, образуют изотопы полония.
Радон вносит основной вклад в естественную радиоактивность атмосферного воздуха и уровни облучения окружающей среды и человека за счет естественных источников радиации. Природный радон, образующийся в радиоактивных рудах, постоянно поступает в гидросферу и атмосферу. Среднее объемное содержание радона в атмосфере 6*10-18 %.
Радон встречается во многих материалах, откуда он может частично диффундировать в окружающую среду. Наибольшее содержание радона и торона наблюдается в приземном слое атмосферы. С увеличением высоты оно уменьшается. Концентрация радона в почвенном воздухе колеблется от 2,5 до 44,4 Бк/л. В нижних слоях почвы содержание элемента заметно возрастает. Выделение радона из почвы уменьшается при наличии снежного покрова, повышения атмосферного давления и во время ливневых дождей. В суточных изменениях скорости эманирования, отличающейся по величине в 2 раза, максимум приходится на ночное время. Минимум – на полуденное. Растворимость радона в воде представляет обратную функцию температуры. Концентрация радона на уровне земной поверхности в воздухе континентальных областей равна примерно 3,7*10-3 Бк/л, в прибрежных районах и на островах – 3,7*10-4 Бк/л, над океаном и в арктических областях – 3,7*10-5 Бк/л.
Содержание радона в природных водах колеблется в широких пределах. В обычных питевых водах содержится около 3,7 Бк/л, в морской воде – 1,11 Бк/л. Концентрация 0,37 Бк/л характерна для озер и рек, концентрация 3,7 – 370 Бк/л – для грунтовых вод. Более высокие концентрации радона характерны для некоторых минеральных курортов. В водопроводной воде из артезианских скважин содержание радона составляет порядка 37 Бк/л.
Антропогенными источниками поступления радона атмосферный воздух являются растения и грунтовые воды, природный газ, сжигаемый каменный уголь. К локальным источникам поступления радионуклида в атмосферу можно отнести геотермальные энергетические станции, добычу фосфатов, вулканическую деятельность. Концентрация радона в помещениях в 4-8 раз выше, чем в атмосферном воздухе. Основная часть радона накапливается из строительных материалов. Радиоактивность подвального воздуха в 8-25 раз выше радиоактивности атмосферного воздуха. Средняя концентрация радона для всех изолированных помещений составляет 0,16 Бк/л.
Радон высвобождается из земной коры повсеместно, но его концентрация в наружном воздухе существенно различается для разных точек земного шара. Основную часть дозы обличения от радона человек получает, находясь в закрытом, непроветриваемом помещении. В зонах с умеренным климатом концентрация радона в закрытых помещениях в среднем примерно в 8 раз выше, чем в наружном воздухе.
Радон концентрируется в воздухе внутри помещении лишь тогда, когда они в достаточной мере изолированы от внешней среды. Поступает, просачиваясь через фундамент и пол из грунта или, реже, высвобождаясь из материалов, использованных в конструкции дома. В результате в помещении могут возникать довольно высокие уровни радиации, особенно если дом стоит на грунте с относительно повышенным содержанием радионуклидов или если при его постройке использовали материалы с повышенной радиоактивностью.
Процесс выделения радона (эксхаляция) в воздух помещений состоит из двух этапов. Вначале происходит эманирование радона, т.е. выделение его из кристаллической решетки материала в поры строительной конструкции. Эманирование обусловлено энергией отдачи, приобретаемой атомами в результате альфа-распада, а так же процессами диффузии и адсорбции атомов радона. На втором этапе радон распространяется за счет диффузии в порах и микротрещинах материала. За время диффузии часть радона распадается, поэтому в воздух помещения попадает только часть свободного радона, находящегося в порах.
Самые распространенные строительные материалы - дерево, кирпич и бетон - выделяют относительно немного радона. Гораздо большей удельной радиоактивностью обладают гранит и пемза, используемые в качестве строительных материалов. Конечно, радиационный контроль строительных материалов заслуживает самого пристального внимания, однако главный источник радона в закрытых помещениях - это грунт. В некоторых случаях дома возводились на старых отвалах горнодобывающих предприятий, содержащих радиоактивные материалы.
Концентрация радона в верхних этажах многоэтажных домов, как правило, ниже, чем на первом этаже. Исследования, проведенные в Норвегии, показали, что концентрация радона в деревянных домах выше, чем в кирпичных, хотя дерево выделяет совершенно ничтожное количество радона по сравнению с другими материалами. Это объясняется тем, что деревянные дома имеют меньше этажей, чем кирпичные.
Скорость проникновения исходящего из земли радона в помещения фактически определяется толщиной и целостностью (т.е. количеством трещин и микротрещин) межэтажных перекрытий. Кроме того, эмиссия радона из стен уменьшается в 10 раз при облицовке стен пластиковыми материалами типа полиамида, поливинилхлорида, полиэтилена или после покрытия стен слоем краски на эпоксидной основе или тремя слоями масляной краски. Даже при оклейке стен обоями скорость эмиссии радона уменьшается примерно на 30%.
В процессе распада радон
образует несколько твердых
Радон применяется в лечебных целях при лечении хронических заболеваниях (радонотерапия). Радонотерапия (альфа-терапия) – одни из видов лучевой терапии с использованием очень малых доз излучения. Основным действующим фактором является α-излучение радона и его короткоживущих дочерних продуктов.
Главный источник поступления в организм человека эманаций и короткоживущих продуктов их распада – воздух. Второстепенные источники - питьевая вода, распад изотопов радия, инкорпорированного в скелете, радоновые процедуры. Основной путь их проникновения в организм человека – органы дыхания, желудочно-кишечный тракт (при употреблении артезианских вод), кожа – при приеме радоновых ванн.
Изотопы радона инертные газы. Поэтому распределение их в организме существенно отличается от поведения их продуктов распада. Радон легко растворяется в крови, воде и других жидкостях организма, значительно лучше растворяется в жирах, что обуславливает эффективное поглощение его жировыми тканями при поступлении в организм. концентрация изотопов радона в крови после достижения стационарного состояния (практически через 1 час после начала ингаляции для радона и около 5 минут для торона) определяется их содержанием в воздухе и не зависит от времени экспозиции, составляя для радона примерно 30-45 % концентрации его во вдыхаемом воздухе.
При ингаляции радона распределяется сравнительно равномерно во всем теле, за исключением жира, надпочечников и костей. Доза за счет радона составляет приблизительно 1 % дозы, создаваемой дочерними продуктами его распада. При употреблении воды преимущественное накопление радона происходит в желудочно-кишечном тракте, жировой ткани и мозге.
В первые 10-15 минут после введения наблюдается резкое увеличение содержания радиоактивности во всех органах и тканях, при этом основная ее часть выделяется быстро выделяется из организма с выдыхаемым воздухом. Через 2-3 часа в большинстве органов и тканей остаются лишь следы радона и продуктов распада.
Основная доза от дочерних продуктов изотопов радона реализуется в легочной ткани людей. Наибольшему облучению подвергается ульмональная и трахеобронхиальная части легочной ткани. Эквивалентные дозы в этих тканях составляют 4.0 и 26,8 мЗв/год. Основное последствие облучения легочной ткани – индуцирование рака легких. Средняя годовая индивидуальная ЭД, получаемая населением за счет радона, достигает 1,0-1,24 мЗв, что составляет примерно половину дозы от всех естественных источников радиации. Годовая коллективная эффективная доза облучения легких за счет продуктов распада радона равна 106 чел.-Зв. По некоторым оценкам облучение за счет радона и дочерних продуктов его распада обусловливает 10-20% общего количества заболеваний раком легкого у населения Земли.
Калий. Атомный номер – 19, средняя атомная масса – 39. Из природных радионуклидов наибольший вклад в формирование дозы внешнего облучения (наряду с радием и торием) вносит калий-40. Калий является одним из наиболее широко распространенных элементов в природе. Содержание его в земной коре превышает содержание урана и тория вместе с продуктами их распада в сотни раз, а радия-226 - в миллионы раз. При этом доля его радиоактивного изотопа (калия-40) в естественной смеси изотопов калия составляет 0,019%. Находясь повсюду в окружающей среде (в почве, растениях и пр.) и являясь сильнейшим β- и гамма-излучателем, калий обуславливает значительное внешнее облучение (0,15 мЗв/год), или около 7% от всего ЕРФ.
Природный калий состоит из трех изотопов: двух стабильных 39К (93,08 %) и 41К (6,91 %) и одного радиоактивного 40К ( - 1,32*109 лет).
Калий является существенным элементом для всех форм жизни и главным неорганическим катионом живой клетки. Его содержание в растениях изменяется в довольно широких пределах, но для большинства растений находится в диапазоне 0,5-2 %. У человека содержание калия в клетках и межклеточной жидкости поддерживается примерно на уровне 27: 1, содержание в мышечных тканях составляет около 0,3 %, а в сыворотке крови 0,01 – 0,02 %.
Растения поглощают калий из почвы, в основном в форме оксалатов и тартратов. У высших животных ионы калия вместе с ионами натрия, находясь в клеточных мембранах, обеспечивают передачу электрохимических сигналов в нервные и мышечные волокна и регулируют баланс поступления пищи и удаление отходов из клеток. В любом организме с большой точностью поддерживается как содержание калия, так и отношение содержания калия к натрию. Облучение от изотопа 40К в достаточной степени постоянно в пространстве и времени и мало зависит от деятельности человека. Дозы облучения, связанного с поступлением в организм 40К с пищей и водой, регулируются гомеостатически.
В природе 40К содержится в живых организмах, морской воде и в составе различных минералов, своим излучением создает фоновое облучение. Радиоактивный калий поступает в организм человека с пищей и водой. Калий практически полностью всасывается из желудочно-кишечного тракта и равномерно распределяется в органах и тканях. Содержание 40К в мышцах составляет 52,4 %. Выведение 40К из организма происходит с мочой. В плазме крови активность 40К быстро снижается. Через 10 минуту 90 % введенного 40К покидает кровяное русло кроликов. Период полувыведения у калия из целостного организма, мышц, селезенки, печени и мозга составляет 58 суток. Радиоактивный калий из организма человека выводится в 3 раза медленнее, чем вода.
При поражении 40К в ранние сроки клинические признаки лучевой реакции могут отсутствовать, позже проявляются лейкопения, лимфопения, нарушение функции пищеварительного тракта.
Калий, являясь биогенным элементом.
Характеризуется высоким
Для оценки доз, получаемых человеком от 40К, имеются два пути. Во-первых, можно непосредственно регистрировать γ-излучение радионуклида, определяя затем концентрацию 40К в различных органах. Во-вторых, можно определять содержание радионуклида в пище и воде, затем на базе анализа биопроб и знания метаболизма данного радионуклида также определять дозу. В связи с тем. что содержание калия в организме контролируется гомеостатически, дозы внутреннего облучения от 40К достаточно постоянны и равны для детей и взрослых 165 мкЗв/год и 185 мкЗв/год соответственно.
Радий. Атомный номер – 88, средняя атомная масса – 226. Все изотопы радия (с массовыми числами 213, 215, 219-230) радиоактивны. Наиболее долгоживущий изотоп – 226Ra ( - 1620 лет). Прокаленная соль радия является чистым альфа-излучателем. При накоплении в ней продуктов распада становится источником β- и γ-излучения. С экологической точки зрения радий представляет интерес как мощный и постоянный источник γ-излучения и источник образования радона.
Весь природный радий
возникает при распаде урана-
Радий может поступать в организм через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт и неповрежденную кожу. Поступление радия в организм человека примерно составляет 1*10-14 г/сутки. Содержание радия в отдельных компонентах рациона колеблется от 0,1*10-12 до 5*10-12 г/кг. Радий обнаружен также в большинстве исследованных проб питьевой воды. Его содержание составляет 0,3-8,0*10-12 г/л в разных районах мира, за исключением небольшого числа районов с более высоким содержание радия в воде. Около 90 % радия поступает с организм с пищей и 10 % с водой. Среднее поступление радия с жидкостями пищей 0,3*10-12 г/сутки. В желудочно-кишечный тракт радий может поступать с загрязненных рук, при приеме пищи и при курении.