Вивчення радіоактивного випромінювання

Загальні відомості

Радіоактивне випромінювання буває трьох типів: альфа-, бета-і гамма-випромінювання.

Альфа-випромінювання відхиляється електричним і магнітним полями, маєвисокої іонізуючої і малої проникаючою здатністю (наприклад,поглинається шаром алюмінію товщиною приблизно 0,05 мм.). Ця потік ядергелію.

Бета-випромінювання відхиляється електричним і магнітним полями. Йогоіонізуюча здатність значно менше (приблизно на два порядки), ащо поглинає, значно більше (поглинається шаром алюмінію товщиною приблизно 2мм), ніж у альфа-частинок. Це потік електронів або позитронів. Коефіцієнтпоглинання бета-випромінювання, яке сильно розсіюється в речовині, залежитьне тільки від властивостей речовини, але й від розмірів і форми тіла, на якепадає бета-випромінювання.

Гамма-випромінювання не відхиляється електричним і магнітним полями, маєвідносно слабкою іонізуючої здатністю і дуже великою проникаючоюздатністю (наприклад, проходить через шар свинцю завтовшки 5 см). Припроходженні через кристалічна речовина спостерігається дифракція гамма -випромінювання. Гамма-випромінювання - це короткохвильове електромагнітне випромінюванняз надзвичайно малою довжиною хвилі - менше 10 ^ -10 м. Багато радіоактивніпроцеси супроводжуються випромінюванням гамма-квантів.

У початковий період дослідження радіоактивного випромінювання доводилосямати справу з проникаючим рентгенівським випромінюванням, що розповсюджується вповітрі. Тому як кількісної заходи випромінювання багато роківзастосовували результат вимірювань іонізації повітря поблизу рентгенівських трубокі апаратів. Пізніше запалу встановлена експозиційна доза - кількіснахарактеристики іонізуючих випромінювань. Одиниця експозиційної дози --рентген (Р), 1Р == 2'109 пар іонів в 1 см3 повітря при атмосферномутиску. У практичній дозиметрії часто застосовується потужністьекспозиційної дози, що дорівнює експозиційної дози в одиницю часу.

Вивчення наслідків опромінення живого організму призвело до висновку, щорадіобіологічний 'ефект залежить не тільки від поглиненої дози, тобтоенергії, переданої опроміненому речовини, але й від інших факторів. Приоднієї і тієї ж поглиненої дози радіобіологічний ефект тим вищий, ніжмогутніше іонізація, створювана випромінюванням. Для кількісної оцінки такоговпливу вводиться поняття еквівалентної дози. Одиниця еквівалентної дози --зіверт (Зв), названа на честь відомого шведського радіобіології Г.Р,
Зіверт. Іноді використовується інша одиниця еквівалентної дози - бер (13в
= 100бер).

Природні джерела радіоактивного випромінювання

Основну частину опромінення населення Землі одержує від природнихджерел радіоактивного випромінювання. Більшість з них такі, «поуникнути опромінення від них зовсім неможливо. Протягом всієї історіїіснування Землі різні види випромінювання падають на її поверхню зкосмосу і надходять від радіоактивних речовин, що знаходяться в земній корі.
Людина піддається опроміненню двома шляхами. Радіоактивні речовини можутьзнаходитися поза організмом і опромінювати його зовні; в цьому випадку говорять прозовнішнє опромінення. Або ж вони можуть опинитися в повітрі, яким дихаєлюдина, в їжі чи воді і потрапити всередину організму. Такий спосіб опроміненняназивають внутрішнім. Опромінення від природних джерел радіаціїпіддається будь-який житель Землі, проте одні з них одержують більші дози,ніж інші. Це залежить, зокрема, від того, де вони живуть. Рівеньрадіації в деяких місцях земної кулі, де залягають радіоактивніпороди, виявляється значно вище середнього, а в інших місцях --відповідно нижче.

Доза опромінення залежить, крім того, від умов життя людей. Застосуваннядеяких будівельних маршалів, використання газу для приготування їжі,відкритих вугільних жаровень, герметизація приміщень і навіть польоти налітаках - всі ці позначається на рівні опромінення за рахунок природнихджерел радіації. Земні джерела радіації в сумі відповідальні забільшу частину опромінення, якому піддається людина за рахунок природноїрадіації. У середньому вони дають понад 5/6 річної еквівалентної дози.одержуваної населенням в основному внаслідок внутрішнього опромінення.
Іншу частину вносять космічні промені, головним чином шляхом зовнішньогоопромінення. Розглянемо спочатку деякі дані про зовнішнє опромінення відджерел космічного походження.

Космічні промені. Природний радіаційний фон, створюваний космічнимипроменями, дає трохи менше половини зовнішнього опромінення, одержуваногонаселенням від природних джерел радіації. Космічні промені в основномуприходять до нас з глибин Всесвіту, але деяка їх частина народжується на
Сонце під час сонячних спалахів-Космічні промені можуть досягатиповерхні Землі або взаємодіяти з її атмосферою, породжуючи вторинневипромінювання і приводячи до утворення різних радіонуклідів. Немає такого місцяна Землі, куди б не падали невидимі космічні промені. Але одні ділянкиземної поверхні більш схильні до їх дії, ніж інші. Північний і
Південний полюси одержують більше радіації, ніж екваторіальні області, з-занаявність у Землі магнітного поля, що відхиляє заряджені частинки, зяких в основному і складаються космічні промені.

Найсуттєвіше, однак, те, що рівень опромінення росте з висотою,оскільки при цьому над нами залишається усе менше повітря, що грає рользахисного екрана. Люди, що живуть на рівні моря, одержують у середньому черезкосмічних променів еквівалентну дозу близько 300 мкЗв/год; для людей же,що живуть вище 2000м над рівнем моря, ця величина в кілька разів більше.

Ще більш інтенсивного, хоча і відносно нетривалого опромінення,піддаються екіпажі і пасажири літаків. При підйомі з висоти 4000м
(максимальна висота, на якій розташовані поселення людей: селашерпів на схилах Евересту) до 12 000м (максимальна висота польотутрансконтинентальних авіалайнерів) рівень опромінення за рахунок космічнихпроменів зростає приблизно в 25 разів і продовжує рости при подальшомузбільшенні висоти до 20 000м (максимальна висота польоту надзвуковихреактивних літаків) і вище. При перельоті з Нью-Йорка в Париж пасажирзвичайного турбореактивного літака отримує дозу близько 50 мкЗв, а пасажирнадзвукового літака на 20% менше, хоча піддається більш інтенсивномуопромінення. Це пояснюється тим, що в другому випадку переліт займаєнабагато менше часу.

Земні радіоактивні джерела випромінювання. Основні радіоактивні ізотопи,зустрічаються в гірських породах Землі - це калій-40, ру6ідій-я7 і ізотопидвох радіоактивних сімейств, що беруть початок відповідно від урану-238 іторію-232 - довгоживучих ізотопів, що входять до складу Землі із самого їїнародження. Зрозуміло, рівні земної радіації неоднакові для різних місцьземної кулі і залежать від концентрації радіонуклідів у тій чи іншій ділянціземної кори. У місцях проживання основної маси населення вони приблизноодного порядку. Потужність еквівалентної дози природного радіоактивногофону на Землі складає в середньому 1м3в/год, або близько 0,12 мк3в/час. Дляпорівняння зазначимо, що перегляд одного хокейного матчу по телевізору даєдозу близько 0,01 мк3в.

Опромінення в 5м3в за рік (або 0,5-0,6 мкЗв/год) вважається допустимим длянаселення (для персоналу АЕС - у 10 разів більше), гак само, як і разова доза
0,1-0,2 Зв при аварійному опроміненні.

При отриманні одноразової дози, починаючи з 0,5 Зв, спостерігаєтьсякороткочасна зміна складу крові і порушення роботи шлунково -кишкового тракту. При дозі в 1 Зв і більше розвиваються симптоми променевоїхвороби різного ступеня тяжкості-Доза в 4,5 38 є половиннійлетальною дозою, тобто при її отриманні гине 50% опромінених, а доза б
Зв безумовно смертельна.

Згідно з дослідженнями, проведеними у Франції, ФРН, Італії, Японії та
США, приблизно 95% населення цих країн живе в місцях, де потужність дозиопромінення в середньому становить від 0,3 до 0,6 мЗв/рік. Деякі П1уппинаселення отримують значно більші дози опромінення: близько 3% одержує всередньому 1 мЗв/рік, а приблизно 1,5% - більш 1,4 мЗв/рік.

Є, однак, такі місця, де рівні земної радіації набагато вище.
Наприклад, на невеликий височини, розташованої в 200 км від Сан-Паулу в
Бразилії, рівень радіації в ЯОО раз чудова середній і досягаєприблизно 251 мЗв/рік. З якихось причин височина виявиласяповній ям. Лише трохи менші рівні радіації були зареєстровані наморському курорті Гуарапари з населенням приблизно 12000 чоловік,розташованому в 600км на схід від цієї височини. Кожне літо
Гуарапари стає місцем відпочинку приблизно 30000 курортників. На окремихділянках його пляжів зареєстрований рівень радіації 175 мЗв/рік. Радіаціяна вулицях міста значно нижчі - від 8 до 15 мЗв/рік, в.о. все-таки значноперевищує середній рівень.

Схожа ситуація спостерігається в рибальському селі Меаіпе, розташованої в
50 км на південь від Гуарапари. Обидва населених пункти стоять на пісках, багатихторієм.

В іншій частині земної кулі на південно-заході Індії 70000 людей живуть навузькій прибережній смузі завдовжки 55км, уздовж якої також тягнуться піски,багаті торієм. Дослідження, що охопили 8513 чоловік з числа проживаючихна цій території, показали, що ця група осіб одержує в середньому
3,8 м3в/год на людину. З них понад 500 осіб отримують понад 8,7 м3в/год.
Близько шістдесяти чоловік отримують річну дозу, що перевищує 17м3в/год, щоістотно перевищує річну дозу зовнішнього опромінення від земних джерелрадіації.

Території в Бразилії та Індії - найбільш добре вивчені «гарячі точки»нашої планети. Але в Ірані, наприклад в районі містечка Рамсер, де б'ютьключі, багаті радієм, були зареєстровані рівні радіації 400 мЗв/рік.
Відомі й інші місця на земній кулі з високим рівнем радіації, наприкладу Франції, Нігерії, на Мадагаскарі.

Джерела внутрішнього опромінення. У середньому приблизно 2/3 ефективноїеквівалентної дози опромінення, яку людина одержує від природнихджерел радіації, надходить від радіоактивних речовин, що потрапили ворганізм з їжею, водою і повітрям. Зовсім невелика частина цієї дозиприпадає на радіоактивні ізотопи типу вуглецю-14 і тритію, якіутворюються під дією космічних променів-Все інше надходить відджерел земного походження. У середньому людина одержує близько 180мкЗв/рік за рахунок калію-40, який засвоюється організмом разом знерадіоактивними ізотопами калію, необхідними для життєдіяльностіорганізму.

Значно більшу дозу внутрішнього опромінення людина одержує віднуклідів радіоактивного ряду урану-238 і в меншій мірі - відрадіонуклідів ряду торію-232. Деякі з них, наприклад нукліди свинцю іполонію, надходять в організм з їжею. Вони концентруються в рибі імолюсків, тому люди. споживають мною риби та інших дарів моря. можутьодержати відносно високі дози опромінення.

Десятки тисяч людей на Крайній Півночі харчуються а основному м'ясом північногооленя (карібу), в якому радіоактивні ізотопи свинцю я полоніюприсутні в досить високій концентрації-Особливо великий змістполонію-210. Ці ізотопи потрапляють в організм оленів взимку, коли вонихарчуються лишайниками, у яких накопичуються обидва ізотопу. Дози внутрішньогоопромінення людини від полонію-210 в цих випадках можуть у 35 разів перевищуватисередній рівень.

В іншому земній півкулі люди, що живуть в Західній Австралії в місцях зпідвищеною концентрацією урану, отримують дози опромінення, в 75 разівперевищують середній рівень, оскільки їдять м'ясо і тельбухи овець ікенгуру. Перш ніж потрапити в організм людини, радіоактивні речовини,як і в розглянутих вище випадках, проходять по складних маршрутах унавколишнього середовища, і це доводиться враховувати при оцінці доз опромінення,отриманих від якого-небудь джерела.

Штучні джерела радіоактивного випромінювання. За останні кількадесятиліть людина створила сотні штучних радіонуклідів і навчивсявикористовувати енергію атома в різних цілях: у медицині, для створенняатомної зброї, для виробництва енергії і виявлення пожеж, длявиготовлення світяться циферблатів годин і пошуку корисних копалин. Всіце призводить до збільшення дози опромінення Як окремих людей, так інаселення Землі в цілому. Індивідуальні дози, одержувані рівними людьми відштучних джерел радіації, сильно розрізняються-У більшостівипадків ці дози досить невеликі, але іноді опромінення за рахунок техногеннихджерел виявляється у багато тисяч разів інтенсивніше, ніж за рахунокприродних. Як правило, для техногенних джерел радіації згаданівідмінності виражені набагато сильніше, ніж для природних. Крім того,породжуване їм випромінювання звичайно легше контролювати, хоча опромінення,пов'язане з радіоактивними опадами від ядерних вибухів, майже так самонеможливо контролювати, як і опромінення, зумовлене космічнимипроменями або земними джерелами.

(С. Х. Карпенков Концепції сучасного природознавства)