Пути поступления радионуклидов во внешнюю среду

Оглавление

Введение

1. Естественные источники ионизирующих излучений
2. Искусственные источники ионизирующих излучений
3. Пути поступления радионуклидов во внешнюю среду

Заключение

Библиографический список

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Все живые существа на Земле постоянно подвергаются воздействию ионизирующей радиации путем внешнего и внутреннего облучения от естественных (космическое излучение и природные радиоактивные вещества) и искусственных (отходы атомной промышленности, радиоактивные изотопы, используемые в радиобиологии, в медицине и сельском хозяйстве и др.) источников ионизирующих излучений.

Человек испытывает облучение двумя способами - внешним и внутренним. Если радиоактивные вещества находятся вне организма и облучают его извне, то в этом случае, говорят о внешнем облучении. А если же они находятся в воздухе, которым дышит человек, или в еде или воде и попадают внутрь организму через органы дыхания и кишечно-желудочный тракт, то такое облучение называют внутренним.

Перед тем как попасть к организму человека, радиоактивные вещества проходят сложный маршрут в окружающей среде, и это необходимо учитывать при оценке доз облучения, полученных от того или другого источника.

Радионуклиды - это изотопы, ядра которых способны самопроизвольно распадаться.

Радионуклиды естественного и искусственного происхождения широко распространены в природе; они рассеяны в земной коре, воде, воздухе, растениях и теле животных.

К радионуклидам естественного происхождения относят те, которые образовались на Земле без участия в этом человека. Это прежде всего долгоживущие изотопы, а также дочерние радиоактивные продукты распада этих изотопов. Сюда относят также радионуклиды, образующиеся под действием космического излучения на Земле и попадающей из космоса на Землю.

1. Естественные источники ионизирующих излучений.

Избежать облучения ионизирующим излучением невозможно. Жизнь на Земле возникла и продолжает развиваться в условиях постоянного облучения. Радиационный фон Земли складывается из трех компонентов:

    1. космическое  излучение;

    2. излучение от  рассеянных в земной коре, воздухе  и других объектах внешней  среды природных радионуклидов;

    3. излучение от  искусственных (техногенных) радионуклидов.

Космическое излучение – это ионизирующее излучение, непрерывно падающее на поверхность земли из мирового пространства. Космическое излучение складывается из частиц, захваченных магнитным полем Земли, галактического космического излучения и корпускулярного излучения Солнца. В его состав входят в основном электроны, протоны и альфа-частицы. Это так называемое первичное космическое излучение, взаимодействуя с атмосферой Земли, порождает вторичное излучение. В результате на уровне моря излучение состоит почти полностью из мюонов (подавляющая часть) и нейтронов.

    Поглощенная мощность  дозы космического излучения  в воздухе на уровне моря  равна 32 нГр/час и формируется в основном мюонами. Для нейтронов на уровне моря мощность поглощенной дозы составляет 0.8 нГр/час и мощность эквивалентной дозы составляет 2.4 нЗв/час.

Космическому внешнему облучению подвергается вся поверхность Земли. Однако облучение это неравномерно. Интенсивность космического излучения зависит от солнечной активности, географического положения объекта и возрастает с высотой над уровнем моря. Наиболее интенсивно оно на Северном и Южном полюсах, менее интенсивно в экваториальных областях. Причина этого - магнитное поле Земли, отклоняющее заряженные частицы космического излучения. Наибольший эффект действия космического внешнего облучения связан с зависимостью космического излучения от высоты.

Солнечные вспышки представляют большую радиационную опасность во время космических полетов. Космические лучи, идущие от Солнца, в основном состоят из протонов широкого энергетического спектра (энергия протонов до 100 МзВ), Заряженные частицы от Солнца способны достигать Земли через 15-20 мин после того, как вспышка на его поверхности становится видимой. Длительность вспышки может достигать нескольких часов.

В основном, ответственность за естественную земную радиацию несут три семейства радиоактивных элемента — уран, торий и актиний. Указанные радиоактивные элементы нестабильны и, в результате физических превращений, переход в стабильное состояние, сопровождается выделением энергии или ионизирующим излучением.

Главными источниками земной радиации являются радиоактивные элементы, содержащиеся в горных породах, которые образовались в результате геофизических процессов. Наибольшее содержание радиоактивных элементов содержится в гранитных породах и вулканических образованиях. Средняя концентрация радиоактивных изотопов калия-40, Ra-226, Th-232 колеблется у них от 102 до 103 Бк/кг. В течение эволюционных процессов радиоизотопы мигрируют, участвуя в метрологических и геохимических формированиях окружающей среды. В результате соединения со стабильными элементами они участвуют в обменных реакциях живых организмов, тем самым создавая естественную радиоактивность обитателей Земли. К наиболее значимым элементам, обеспечивающим жизнедеятельность живой материи относятся изотопы калия, углерода и трития, а всего в биосфере находится значительно больше радиоактивных элементов, что обуславливает общую радиоактивность человека.

 

Основную роль в радиоактивность человека вносит калий-40 — около 20 • 103 Бк или 0,2% от общей массы человека, углерод-14 — около 30 • 102 Бк или 18% от общей массы человека, которые поступают в организм человека в основном по пищевой цепочке.

Основные радиоактивные изотопы, встречающиеся в Земной коре — калий-40, рубидий-87 и члены двух радиоактивных семейств, берущих начало соответственно от урана-238 и тория-232.

Уровни земной радиации неодинаковы и зависят от концентрации радионуклидов в том или ином участке земной коры. В местах проживания основной массы населения мощность дозы облучения в среднем составляет 0,3-0,6 микрозиверта в год.

Основной естественный радиоактивный элемент на территории Белорусского Полесья с периодом полураспада 1,32 х 109 лет, как дозообразующий фактор — это калий-40, который находится в почвах в виде солей и в живых организмах.

К-40 — слаборадиоактивный элемент, экологически мало опасен, он усваивается организмом вместе с нерадиоактивными изотопами калия, необходимыми для жизнедеятельности. В среднем человек получает около 180 мкЗв в год от К-40.

В малых концентрациях естественные источники радиоактивности содержатся в любой почве. Однако, в зависимости от структуры почвы, их больше в гранитных породах, глиноземах и меньше в песчаных и известковых почвах.

Половину годовой индивидуальной эффективной эквивалентной дозы облучения от земных источников радиации человек получает от невидимого, не имеющего вкуса и запаха тяжёлого газа радона. В природе радон встречается в двух основных формах: радон-222, член радиоактивного ряда, образуемого продуктами распада урана-238, и радон-220, члена радиоактивного ряда тория-232.

Радон в 7,5 раза тяжелее воздуха и является альфа-радиоактивным с периодом полураспада 3,8 суток. После альфа-распада ядро радона превращается в ядро полония. Это также альфа-радиоактивный изотоп с периодом полураспада 3 минуты и наличием дополнительного электрического заряда. Следующие элементы этой цепочки радиоактивных распадов имеют такие же характеристики. Заканчивается ряд стабильным изотопом свинца. Концентрация радона в различных точках земного шара неодинакова.

Основную часть дозы облучения от радона человек получает, находясь в закрытом, непроветриваемом помещении, где повышена его концентрация

Радон может проникать сквозь трещины в фундаменте, через пол из поверхности Земли и накапливается в основном на нижних этажах жилых помещений, создавая там повышенную радиацию. Одним из источников радоновой радиации могут быть конструкционные материалы, используемые в строительном производстве. К ним в первую очередь относятся материалы с повышенной радиоактивностью — гранит, пемза, глинозём, фосфогипс.

Вода, используемая для бытовых и пищевых целей, обычно содержит мало радона, однако глубоко залегающие водяные пласты могут иметь повышенную его концентрацию. Высокая концентрация радона образуется в ванных комнатах, где радон, испаряясь из горячей воды при принятии душа или ванны, попадает в организм с вдыхаемым воздухом

Основными мероприятиями по устранению влияния радона, уменьшению его концентрации и снижению дозообразующего фактора являются: заделывание швов, трещин в фундаментах зданий, отказ от строительных материалов, содержащих радон, оклейка, окраска покрытий стен пластиковыми материалами, кипячение воды для пищевых нужд, особенно из глубоких артезианских скважин и колодцев, частое проветривание помещений на нижних этажах, ванных комнат.

В процессе развития материального производства, технологий, человек может локально изменить распределение естественных источников радиации, что приводит к повышенному облучению. Такими примерами являются полеты на самолетах, применение материалов с повышенной концентрацией радионуклидов, использование каменного угля и природного газа. Наблюдаемые при этом повышенные уровни излучения называются технологически повышенным естественным радиационным фоном (ТПЕРФ).

Вклад в общую дозу от естественной радиации вносит уголь, сжигаемый как на тепловых электростанциях, так и для обычных бытовых нужд. В 1 кг угля содержится до 50 Бк урана, около 300 Бк тория, 70 Бк калия-40 и других радиоактивных элементов. Если уголь содержит небольшое количество радионуклидов, то в угольных шлаках может быть высокая их концентрация. В связи с этим, нецелесообразно использовать шлаки угля как наполнители к цементам и бетонам, а золу — для улучшения почв. Поэтому тепловые электростанции являются серьезным источником внешнего и внутреннего облучения населения, проживающего на прилегающих территориях.

Другой источник ТПЕРФ — промышленное использование продуктов переработки фосфоритов. Залежи фосфоритов содержат, как правило, продукты распада U-238 в сравнительно высоких концентрациях. При этом следует учесть, что добыча фосфорной руды в мире очень велика и из года в год возрастает. Процесс переработки фосфорной руды экологически небезопасен, так как отходы руды содержат радионуклиды. Применение фосфорных удобрений в сельском хозяйстве, стимулирует усвоение естественных радионуклидов растениями из почвы. Использование отходов фосфорного производства в качестве стройматериалов (гипса) также является возможным дополнительным источником облучения. Так, в частности, в жилом доме, при строительстве которого вместо обычных материалов использовались гипсовые отходы, дополнительная годовая доза облучения жильцов составит мГр.

Увеличение радиационности почв могут дать фосфорные удобрения, особенно вносимые в жидком виде. В данном случае очень важно соблюдение сроков, по истечению которых можно использовать под выпасы сельскохозяйственные угодья после агрохимии фосфором.

Человечество во всем мире все шире для бытовых нужд использует большое количество потребительских товаров, содержащих естественные радионуклиды. К таким товарам можно отнести часы со светящимся циферблатом, содержащим радий, специальные оптические приборы, аппаратуру, применяемую в аэропортах и таможенном досмотре и т.д.

Нельзя недооценивать ионизирующее излучение от телевизоров и, в особенности, от дисплеев компьютеров. Это излучение, в некоторых случаях, может превышать естественные фоновые уровни. В связи с этим не рекомендуется слишком близко смотреть телепередачи или продолжительное время находится у дисплея компьютера, особенно детям. Показано, что среднегодовая доза, обусловленная использованием изделий, содержащих радионуклиды, составляет менее мЗв (1 мбэр).

Дополнительное облучение от естественных источников радиации составляет около 1% коллективной дозы, хотя в некоторых случаях для отдельных групп людей этот вклад может стать существенным по сравнению с естественным фоном.

 

 

 

2. Искусственные источники ионизирующих излучений.

Искусственные (техногенных) источники ионизирующего излучения используются в промышленности, энергетике, медицине.

Медицина. В настоящее время основной вклад в дозу, полученную человеком от искусственных источников радиации, вносят медицинские процедуры и методы лечения, связанные с применением облучения.

Медицинское облучение отличается от облучения другими источниками тем, что людей облучают преднамеренно. Оправдание целесообразности такого облучения заключается в том, что польза превышает риск. Рентгенодиагностика в медицине подразделяется на рентгенографию и рентгеноскопию. Рентгеновские установки являются наиболее распространенными источниками искусственного облучения.

Чаще других органов рентгеновским исследованиям подвергаются зубы, грудная клетка и конечности. Однако, эффективные дозы от этих исследований относительно низкие - обычно 20 мЗв (0,002 бэр) - в стоматологических исследованиях или при одном снимке грудной клетки.

Наибольший вклад в дозу от рентгеновского излучения в медицине вносят исследования желудка (с бариевой кашей), нижних отделов кишечника (бариевая клизма) и мочевыделительной системы (внутривенная урограмма). Каждое из этих исследований включает применение контрастных веществ для получения четкого изображения мягких тканей. В результате изготовление большого числа снимков при этих исследованиях пациент получает дозы, которые в сотни раз выше, чем дозы при обычных исследованиях зубов или грудной клетки.

Исследования поясничного отдела позвоночного столбца, проводимые при болевых ощущениях в нижней части спины, дают умеренно высокие дозы.

 

В ядерной медицине пациенту вводится препарат, содержащий g-излучающие радионуклиды. Препарат обычно вводится внутривенно, а иногда проглатывается или вдыхается. Это дает возможность контролировать функционирование отдельного органа, наблюдая за распределением или выведением радионуклидов. Изображение распределения получают путем "просмотра" обследуемого органа пациента с помощью g-спектрометра. Ядерная медицина имеет значительно меньшее применение, чем рентгенодиагностика.