Опасны ли малые дозы облучения от ионизирующих излучений

Опасны ли малые дозы облучения от ионизирующих излучений.

История открытия радиоактивности.

В 1896 году французский ученый Анри Беккерель положил несколько фотографических пластинок в ящик стола, придавив их кусками минерала, содержащего уран. Когда он проявил пластинки, то, к своему удивлению, обнаружил на них следы каких-то излучений, которые он приписал урану. Вскоре этим явлением заинтересовалась Мария Кюри, молодой химик по образованию, которая и ввела в обиход слово «радиоактивность». В 1898 году она и ее муж Пьер Кюри обнаружили, что уран после излучения таинственным образом превращается в другие элементы. Один из этих элементов супруги назвали полонием в честь о родине Марии Кюри, а еще один — радием, поскольку по-латыни это слово означает «испускающий лучи». И открытие Беккереля, и исследования супругов Кюри были подготовлены более ранним, очень важным событием в научном мире — открытием в 1895 году рентгеновских лучей немецким физиком Вильгельмом Рентгеном.

Одним из первых, кто столкнулся с самым неприятным свойством  ионизирующего излучения — его  воздействием на ткани живого организма, был Беккерель. Беккерель держал пробирку с радием в кармане костюма и получил в результате ожог кожи. Мария Кюри умерла, по всей видимости, тоже от последствий воздействия ионизирующего излучения — злокачественного заболевания крови, поскольку слишком часто и в больших дозах подвергалась облучению. По крайней мере, 336 человек, работавших с радиоактивными материалами в то время, умерли в результате облучения.

Радиация.

В результате исследований учеными атома мы можем представить  себе его строение. Мы знаем, что атом похож на Солнечную систему в миниатюре, в которой вокруг крошечного ядра движутся по орбитам «планеты» — электроны. Размеры ядра в сто тысяч раз меньше размеров самого атома, но плотность его очень велика, поскольку масса ядра почти равна массе всего атома. Ядро, как правило, состоит из более мелких частиц, которые плотно сцеплены друг с другом.

Некоторые из этих частиц имеют  положительный заряд и называются протонами. Число протонов в ядре и определяет, к какому химическому  элементу относится данный атом: ядро атома водорода содержит всего один протон, атом кислорода–8, урана–92. В каждом атоме число электронов в точности равно числу протонов в ядре; каждый электрон несет отрицательный заряд, равный по величине заряду протона, так что в целом атом нейтрален.

В ядре, как правило, присутствуют и частицы другого типа, называемые нейтронами, поскольку они электрически нейтральны. Ядра атомов одного и того же элемента всегда содержат одно и то же число протонов, но число нейтронов в них может быть разным. Атомы, имеющие ядра с одинаковым числом протонов, но различающиеся по числу нейтронов, относятся к разным разновидностям одного и того же химического элемента, называемым изотопами данного элемента. Чтобы отличить их друг от друга, к символу элемента приписывают число, равное сумме всех частиц в ядре данного изотопа. Так, уран-238 содержит 92 протона и 146 нейтронов; в уране-235 тоже 92 протона, но 143 нейтрона. Ядра всех изотопов химических элементов образуют группу «нуклидов».

Некоторые нуклиды  стабильны, т.е. при отсутствии внешнего воздействия никогда не претерпевают никаких превращений.

Большинство же нуклидов нестабильны, они все время превращаются в другие нуклиды. В качестве примера возьмем хотя бы атом уран-238, в ядре которого протоны и нейтроны едва удерживаются вместе силами сцепления. Время от времени из него вырывается компактная группа из четырех частиц: двух протонов и двух нейтронов (a-частица). Уран превращается, таким образом, в торий-234, в ядре которого содержится 90 протонов и 144 нейтрона. Но торий-234 тоже нестабилен. Его превращение происходит, однако не так, как в предыдущем случае: один из его нейтронов превращается в протон, и торий-234 превращается в проактиний-234, в ядре которого содержатся 91 протон и 143 нейтрона. Эта метаморфоза, происшедшая в ядре, сказывается и на движущихся по своим орбитам электронах: один из них становится неспаренным и вылетает из атома. Протактиний очень нестабилен и ему требуется совсем немного времени на превращение. Далее следуют иные превращения, сопровождаемые излучениями, и вся эта цепочка в конце концов оканчивается стабильным нуклидом свинца. Разумеется, существует много таких цепочек самопроизвольных превращений (распадов) разных нуклидов по разным схемам превращений и их комбинациям.

При каждом таком акте распада  высвобождается энергия, которая и  передается дальше в виде излучения. Можно сказать (хотя это и не совсем строго), что испускание ядром частицы, состоящей из двух протонов и двух нейтронов, — это a-излучение; испускание электрона, как в случае распада тория-234, — это b-излучение. Часто нестабильный нуклид оказывается настолько возбужденным, что испускание частицы не приводит к полному снятию возбуждения; тогда он выбрасывает порцию чистой энергии, называемую g-излучением. Как и в случае рентгеновских лучей (во многом подобных g-излучению), при этом не происходит испускания каких-либо частиц.

Виды источников излучения.

Основную часть облучения  человек получает от естественных источников радиации. Большинство из них таковы, что избежать облучения от них совершенно невозможно. На протяжении всей истории существования Земли разные виды излучения попадают на поверхность Земли из космоса и поступают от радиоактивных веществ, находящихся в земной коре.

Человек подвергается облучению  двумя способами. Радиоактивные вещества могут находиться вне организма и облучать его снаружи; в этом случае говорят о внешнем облучении. Или же они могут оказаться в воздухе, которым дышит человек, в пище или в воде и попасть внутрь организма. Такой способ облучения называют внутренним.

Естественные источники  ионизирующего излучения

Облучению от естественных источников радиации подвергаются все  жители Земли, при этом, одни из них получают большие дозы, чем другие. В зависимости, в частности, от местожительства. Так уровень радиации в некоторых местах земного шара, там, где особенно залегают радиоактивные породы, оказывается значительно выше среднего, в других местах — соответственно, ниже. Доза облучения зависит также от образа жизни людей. Применение некоторых строительных материалов, использование газа для приготовления пищи, открытых угольных жаровень, герметичность помещений и даже полеты на самолетах — все это увеличивает уровень облучения за счет естественных источников радиации.

Земные источники радиации в сумме ответственны за бoльшую часть облучения, которому подвергается человек за счет естественной радиации. Остальную часть радиации вносят космические лучи.

Космические лучи, в основном, приходят к нам из глубин Вселенной, но некоторая их часть  рождается на Солнце во время солнечных  вспышек. Космические лучи могут  достигать поверхности Земли  или взаимодействовать с ее атмосферой, порождая вторичное излучение и  приводя к образованию различных  радионуклидов.

Нет такого места на Земле, куда бы не падал этот невидимый космический поток. Но одни участки земной поверхности более подвержены его действию, чем другие. Например, Северный и Южный полюсы получают больше радиации, чем экваториальные области, из-за наличия у Земли магнитного поля, отклоняющего заряженные частицы (из которых, в основном, и состоят космические лучи).

Основные радионуклиды, встречающиеся в горных породах  Земли, — это калий-40, рубидий-87 и  члены двух радиоактивных семейств, берущих начало от урана-238 и тория-232, включившихся в состав Земли с  самого ее рождения.

Уровни земной радиации неодинаковы для разных мест земного шара и зависят от концентрации радионуклидов в том или ином участке земной коры. В местах проживания основной массы населения они примерно одного порядка. Но есть, однако, такие места, где уровни земной радиации намного выше. Так, неподалеку от города Посус-ди-Калдас в Бразилии, расположенного в 200 км к северу от Сан-Паулу, есть небольшая возвышенность. Здесь уровень радиации в 800 раз превосходит средний. В Иране, в районе города Рамсер, где бьют ключи, богатые радием, зарегистрированы уровни радиации, превышающие средние в 1300 раз. Известны и другие места на земном шаре с высоким уровнем радиации, например, в Индии, Франции, Нигерии, на Мадагаскаре.

В среднем примерно 70% эффективной  эквивалентной дозы облучения, которую  человек получает от естественных источников радиации, поступает от радиоактивных  веществ, попавших в организм с пищей, водой и воздухом.

Совсем небольшие  дозы приходится на радиоактивные изотопы  типа углерода-14 и трития, которые  образуются под воздействием космической  радиации. Все остальное поступает  от источников земного происхождения. Достаточно большую долю радиации человек  получает от калия-40, который усваивается организмом вместе с нерадиоактивными изотопами калия, необходимыми для жизнедеятельности организма. Но бoльшую дозу внутреннего облучения человек получает от нуклидов радиоактивного ряда урана-238 и в меньшей степени от радионуклидов ряда тория-232. Некоторые из них, например, нуклиды свинца-210 и полония-210, поступают в организм с пищей. Они концентрируются в рыбе и моллюсках, поэтому люди, потребляющие много рыбы и других даров моря, могут получить относительно высокие дозы облучения.

Относительно  недавно ученые поняли, что наиболее весомым из всех естественных источников радиации является невидимый, не имеющий  вкуса и запаха тяжелый газ (в 7,5 раза тяжелее воздуха) радон. Радон  вместе со своими дочерними продуктами радиоактивного распада ответствен примерно за 75% годовой эффективной  эквивалентной дозы облучения, получаемой человеком от земных источников радиации. Большую часть этой дозы человек  получает от радионуклидов, попадающих в его организм вместе с вдыхаемым  воздухом, особенно в непроветриваемых помещениях.

Радон высвобождается из земной коры повсеместно, но его  концентрация в наружном воздухе  существенно отличается для разных точек земного шара. 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 помещений лишь тогда, когда они в достаточной  мере изолированы от внешней среды. Поступая внутрь помещения тем или иным путем (просачиваясь через фундамент и пол из грунта или, реже, высвобождаясь из материалов, использованных в конструкции дома), радон накапливается в нем. 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.

Искусственные источники  ионизирующего излучения.

За последние несколько  десятилетий человек создал несколько  сотен искусственных радионуклидов  и научился использовать энергию  атома в самых разных целях: в  медицине и для создания атомного оружия, для производства энергии  и обнаружения пожаров, для поиска полезных ископаемых. Все это приводит к увеличению дозы облучения как отдельных людей, так и населения Земли в целом.

Индивидуальные дозы, получаемые разными людьми от искусственных  источников радиации, сильно различаются. В большинстве случаев эти  дозы весьма невелики, но иногда облучение  за счет техногенных источников оказывается  во много тысяч раз интенсивнее, чем за счет естественных.

Как правило, для  техногенных источников радиации упомянутая вариабельность выражена гораздо сильнее, чем для естественных. Кроме того, порождаемое ими излучение обычно легче контролировать, хотя облучение, связанное с радиоактивными осадками от ядерных взрывов, почти так же сложно контролировать, как и облучение, обусловленное космическими лучами или земными источниками.

В настоящее время основной вклад в дозу, получаемую человеком  от техногенных источников радиации, вносят медицинские процедуры и  методы лечения, связанные с применением  радиоактивности. Во многих странах этот источник ответствен практически за всю дозу, получаемую от техногенных источников радиации.

Радиация используется в  медицине как в диагностических целях, так и для лечения. Одним из самых распространенных медицинских приборов является рентгеновский аппарат. Получают все более широкое распространение и новые сложные диагностические методы, опирающиеся на использование радиоизотопов. Как ни парадоксально, но одним из способов борьбы с раком является лучевая терапия.

Источником облучения, вокруг которого ведутся наиболее интенсивные  споры, являются атомные электростанции, хотя в настоящее время они  вносят весьма незначительный вклад  в суммарное облучение населения. При нормальной работе ядерных установок выбросы радиоактивных материалов в окружающую среду очень невелики.

Атомные электростанции являются лишь частью ядерного топливного цикла, который начинается с добычи и обогащения урановой руды. Следующий  этап — производство ядерного топлива. Отработанное в АЭС ядерное топливо  иногда подвергают вторичной обработке, чтобы извлечь из него уран и плутоний. Заканчивается цикл, как правило, захоронением радиоактивных отходов.

На каждой стадии ядерного топливного цикла в окружающую среду попадают радиоактивные вещества.

Но больше всего вреда  для населения может принести авария на АЭС. Как известно, за период с 1971 по 1989 год в 14 странах мира имела место 151 авария на АЭС. Однако за время существования ядерных энергетических реакторов произошли только три крупные аварии, сопровождающиеся большими выбросами радиоактивных веществ (в Великобритании в 1957году, в США в 1979 году и в СССР в 1986 году). Первые две аварии не оказали серьезного влияния на экономическую жизнь населения соответствующих районов. Авария в СССР на Чернобыльской АЭС была самой крупной в истории ядерной энергетики и сопровождалась значительными выбросами радиоактивных веществ и эвакуацией населения из зоны 30 км вокруг реактора.

Очень много людей  подверглись действию ионизирующего  излучения. Особенно пострадали ликвидаторы  аварии. На данный момент многие из них  умерли от лучевой болезни.

Ионизирующие излучения  являются неотъемлемой частью окружающей человека внешней среды. Живые организмы  Земли адаптированы к действию радиации и для нормальной жизнедеятельности  им необходимо постоянное облучение  в малых дозах.

Сложившееся на протяжении ХХ столетия однозначно отрицательное  отношение общества к ионизирующей радиации приводит к нежелательным  последствиям. Так, гипертрофирована опасность  атомных электростанций, предприятий  по переработке радиоактивных отходов  атомных производств, преувеличены масштабы аварии на Чернобыльской АЭС  в 1986 г., выделяются значительные бюджетные средства на реализацию программ помощи «пострадавшим» от ионизирующих излучений. Современное общественное мнение страдает радиофобией, которую необходимо оценивать как реальную угрозу дальнейшему техническому прогрессу цивилизации. Нередко общество, вопреки утверждениям специалистов, навязывает свою точку зрения правительствам различных стран, которые, принимая популистские решения, закрывают атомные электростанции, свёртывают другие проекты в атомных отраслях промышленности.