Радиоактивное заражение и средства и способы защиты от него

Отклоняющиеся лучи обладали более сильной способностью проникать через различные материалы, тогда как неотклоняющиеся легко поглощались даже тонкой алюминиевой фольгой – так вело себя, например, излучение нового элемента полония – его излучение не проникало даже сквозь картонные стенки коробки, в которой хранился препарат.

При использовании более сильных магнитов оказалось, что α-лучи тоже отклоняются, только значительно слабее, чем β-лучи, причем в другую сторону. Отсюда следовало, что они заряжены положительно и имеют значительно бульшую массу (как потом выяснили, масса α-частиц в 7740 раз больше массы электрона). Впервые это явление обнаружили в 1899 А.Беккерель и Ф.Гизель. В дальнейшем выяснилось, что α-частицы представляют собой ядра атомов гелия (нуклид 4Не) с зарядом +2 и массой 4 у.е.. Когда же в 1900 французский физик Поль Вийар (1860–1934) исследовал более подробно отклонение α- и β-лучей, он обнаружил в излучении радия и третий вид лучей, не отклоняющихся в самых сильных магнитных полях, это открытие вскоре подтвердил и Беккерель. Этот вид излучения, по аналогии с альфа- и бета-лучами, был назван гамма-лучами, обозначение разных излучений первыми буквами греческого алфавита предложил Резерфорд. Гамма-лучи оказались сходными с лучами Рентгена, т.е. они представляют собой электромагнитное излучение, но с более короткими длинами волн и соответственно с большей энергией. Все эти виды радиации описала М.Кюри в своей монографии «Радий и радиоактивность». Вместо магнитного поля для «расщепления» радиации можно использовать электрическое поле, только заряженные частицы в нем будут отклоняться не перпендикулярно силовым линиям, а вдоль них – по направлению к отклоняющим пластинам.

Долгое время было неясно, откуда берутся все эти лучи. В течение нескольких десятилетий трудами многих физиков была выяснена природа радиоактивного излучения и его свойства, были открыты новые типы радиоактивности.γ

Альфа-лучи испускают, главным образом, ядра самых тяжелых и потому менее стабильных атомов (в периодической таблице они расположены после свинца). Эти высокоэнергетичные частицы. Обычно наблюдается несколько групп α -частиц, каждая из которых имеет строго определенную энергию. Так, почти все α -частицы, вылетающие из ядер 226Ra, обладают энергией в 4,78 МэВ (мегаэлектрон-вольт) и небольшая доля α -частиц энергией в 4,60 МэВ. Другой изотоп радия – 221Ra испускает четыре группы α -частиц с энергиями 6,76, 6,67, 6,61 и 6,59 МэВ. Это свидетельствует о наличии в ядрах нескольких энергетических уровней, их разность соответствует энергии излучаемых ядром α -квантов. Известны и «чистые» альфа - излучатели (например, 222Rn).

По формуле E = mu2/2 можно подсчитать скорость α-частиц с определенной энергией. Например, 1 моль α -частиц с Е = 4,78 МэВ имеет энергию (в единицах СИ) Е = 4,78·106 эВ 96500 Дж/(эВ·моль)´ = 4,61·1011 Дж/моль и массу m = 0,004 кг/моль, откуда u α 15200 км/с, что в десятки тысяч раз больше скорости пистолетной пули. Альфа-частицы обладают самым сильным ионизирующим действием: сталкиваясь с любыми другими атомами в газе, жидкости или твердом теле, они «обдирают» с них электроны, создавая заряженные частицы. При этом α-частицы очень быстро теряют энергию: они задерживаются даже листом бумаги. В воздухе α-излучение радия проходит всего 3,3 см, α -излучение тория – 2,6 см и т.д. В конечном счете потерявшая кинетическую энергию α-частица захватывает два электрона и превращается в атом гелия. Первый потенциал ионизации атома гелия (He – e → He+) составляет 24,6 эВ, второй (He+ – e → He+2) – 54,4 эВ, это намного больше, чем у любых других атомов. При захвате электронов α-частицами выделяется огромная энергия (более 7600 кДж/моль), поэтому ни один атом, кроме атомов самого гелия, не в состоянии удержать свои электроны, если по соседству окажется α -частица.

Очень большая кинетическая энергия α -частиц позволяет «увидеть» их невооруженным глазом (или с помощью обычной лупы), впервые это продемонстрировал в 1903 английский физик и химик Уильям Крукс (1832 – 1919. Он приклеил на кончик иглы еле видимую глазом крупинку радиевой соли и укрепил иглу в широкой стеклянной трубке. На одном конце этой трубки, недалеко от кончика иглы, помещалась пластинка, покрытая слоем люминофора (им служил сульфид цинка), а на другом конце было увеличительное стекло. Если в темноте рассматривать люминофор, то видно: все поле зрения усеяно вспыхивающими и сейчас же гаснущими искрами. Каждая искра – это результат удара одной α -частицы. Крукс назвал этот прибор спинтарископом (от греч. spintharis – искра и skopeo – смотрю, наблюдаю). С помощью этого простого метода подсчета α -частиц был выполнен ряд исследований, например, этим способом можно было довольно точно определить постоянную Авогадро.

Альфа - распаду подвержены, в основном, тяжелые ядра – их известно более 200, α-частицы испускаются большинством изотопов элементов, следующих за висмутом. Известны ти более легкие альфа-излучатели, в основном, это атомы редкоземельных элементов. Но почему из ядра вылетают именно альфа-частицы, а не отдельные протоны? Качественно это объясняется энергетическим выигрышем при α-распаде (α-частицы – ядра гелия устойчивы). Количественная же теория α-распада была создана лишь в 1980-х, в ее разработке принимали участие и отечественные физики,в их числе Лев Давидович Ландау, Аркадий Бейнусович Мигдал (1911–1991), заведующий кафедрой ядерной физики Воронежского университета Станислав Георгиевич Кадменский с сотрудниками.

Вылет из ядра α-частицы приводит к ядру другого химического элемента, который смещен в периодической таблице на две клетки влево. В качестве примера можно привести превращения семи изотопов полония (заряд ядра 84) в разные изотопы свинца (заряд ядра 82): 218Po → 214Pb, 214Po → 210Pb, 210Po → 206Pb, 211Po → 207Pb, 215Po →211Pb, 212Po → 208Pb, 216Po → 212Pb. Изотопы свинца 206Pb 207Pb и 208Pb стабильны, остальные радиоактивны.

Бета - распад наблюдается как у тяжелых, так и у легких ядер, например, у трития. Эти легкие частицы (быстрые электроны) обладают более высокой проникающей способностью. Так, в воздухе β -частицы могут пролететь несколько десятков сантиметров, в жидких и твердых веществах – от долей миллиметра до примерно 1 см. В отличие от α-частиц, энергетический спектр β -лучей не дискретный. Энергия вылетающих из ядра электронов может меняться почти от нуля до некоторого максимального значения, характерного для данного радионуклида. Обычно средняя энергия β -частиц намного меньше, чем у α -частиц; например, энергия β -излучения 228Ra составляет 0,04 МэВ. Но бывают и исключения; так β -излучение короткоживущего нуклида 11Ве несет энергию 11,5 МэВ. Долго было неясно, каким образом из одинаковых атомов одного и того же элемента вылетают частицы с разной скоростью. Когда же стало известно понятно строение атома и атомного ядра, появилась новая загадка: откуда вообще берутся вылетающие из ядра β -частицы – ведь в ядре никаких электронов нет. После того как в 1932 английский физик Джеймс Чедвиком открыл нейтрон, отечественные физики Дмитрий Дмитриевич Иваненко (1904–1994) и Игорь Евгеньевич Тамм и независимо немецкий физик Вернер Гейзенберг предположили, что атомные ядра состоят из протонов и нейтронов. В таком случае β -частицы должны образоваться в результате внутриядерного процесса превращения нейтрона в протон и электрон: n → p + e. Масса нейтрона немного превышает суммарную массу протона и электрона, избыток массы, в соответствии с формулой Эйнштейна E = mc2, дает кинетическую энергию вылетающего из ядра электрона, поэтому β -распад наблюдается, в основном, у ядер с избыточным числом нейтронов. Например, нуклид 226Ra – α-излучатель, а все более тяжелые изотопы радия (227Ra, 228Ra, 229Ra и 230Ra) – β -излучатели.

3.ДЕЙСТВИЕ РАДИОАКТИВНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ЧЕЛОВЕКА.

Радиоактивное излучение всех видов (альфа, бета, гамма, нейтроны), а также электромагнитная радиация (рентгеновское излучение) оказывают очень сильное биологическое воздействие на живые организмы, которое заключается в процессах возбуждения и ионизации атомов и молекул, входящих в состав живых клеток. Под действием ионизирующей радиации разрушаются сложные молекулы и клеточные структуры, что приводит к лучевому поражению организма. Поэтому при работе с любым источником радиации необходимо принимать все меры по радиационной защите людей, которые могут попасть в зону действия излучения.

Однако человек может подвергаться действию ионизирующей радиации и в бытовых условиях. Серьезную опасность для здоровья человека может представлять инертный, бесцветный, радиоактивный газ радон Как видно из схемы, изображенной на рис.5, радон является продуктом α-распада радия и имеет период полураспада T = 3,82 сут. Радий в небольших количествах содержится в почве, в камнях, в различных строительных конструкциях. Несмотря на сравнительно небольшое время жизни, концентрация радона непрерывно восполняется за счет новых распадов ядер радия, поэтому радон может накапливаться в закрытых помещениях. Попадая в легкие, радон испускает α-частицы и превращается в полоний который не является химически инертным веществом. Далее следует цепь радиоактивных превращений серии урана. По данным Американской комиссии радиационной безопасности и контроля, человек в среднем получает 55% ионизирующей радиации за счет радона и только 11% за счет медицинских обслуживаний. Вклад космических лучей составляет примерно 8%. Общая доза облучения, которую получает человек за жизнь, во много раз меньше предельно допустимой дозы (ПДД), которая устанавливается для людей некоторых профессий, подвергающихся дополнительному облучению ионизирующей радиацией.

4.РАДИОАКТИВНОЕ  ЗАРАЖЕНИЕ, СРЕДСТВА И СПОСОБЫ  ЗАЩИТЫ ОТ НЕГО.

Радиоактивное заражение возникает в результате выпадения радиоактивных веществ из облака ядерного взрыва. Местность считается зараженной при мощности экспозиционной дозы от 3,6*10-8 А/кг (0,5 р/ч) и выше.

Радиоактивное заражение местности, воды, и воздуха происходит в результате выпадения радиоактивных веществ из облака, образующегося при взрыве ядерного боеприпаса. Радиоактивные вещества возникают в процессе полного и неполного распада ядерного заряда, а также образуются в грунте под воздействием нейтронов. Они излучают альфа-, бета- и гамма-лучи, наиболее опасными из которых являются последние.

Радиоактивные вещества невидимы и действие их на человека и животных неощутимо. Они бесцветны, не имеют вкуса и запаха. Обнаружить их можно только специальными дозиметрическими приборами. Поэтому все население должно твердо знать сигнал «Радиационная опасность», подаваемый при непосредственной угрозе радиоактивного заражения (т. е. не позднее, чем через 1 ч после получения сигнала), неукоснительно выполнять распоряжения органов гражданской обороны, уметь защищаться от радиоактивного заражения.

Радиоактивному заражению может подвергнуться не только район, прилегающий к месту взрыва, но и местность, удаленная от него на десятки и сотни километров по ходу движения радиоактивного облака. Поражение людей на зараженной местности может происходить в течение длительного времени.

Кроме облучения, радиоактивные вещества могут поражать людей, попадая на кожу или внутрь организма с пищей и воздухом.

Степень радиоактивного заражения, размеры и форма зараженной территории зависят от мощности и вида взрыва, направления и силы ветра, метеорологических условий в течение всего периода выпадения радиоактивных веществ из облака ядерного взрыва, рельефа местности, характера почвы, растительности. Наиболее сильное радиоактивное заражение местности наблюдается при наземных и подземных ядерных взрывах. Причем местность по следу радиоактивного облака заражается неравномерно. Наиболее высокая степень заражения — на оси следа. Степень заражения местность, характеризуется мощностью экспозиционной дозы гамма-излучения, которая измеряется в амперах на килограмм. В результате распада радиоактивных веществ, выпавших из облака ядерного взрыва, степень заражения местности быстро уменьшается. Уменьшение мощности экспозиционной дозы гамма-излучений происходит по принципу «7—10», т.е. с увеличением времени в 7 раз мощность дозы уменьшается в 10 раз. Особенно интенсивно мощность экспозиционной дозы гамма-излучений спадает в первые двое суток.

Защита населения в зонах радиоактивного заражения достигается осуществлением ряда мероприятий: радиационная и химическая разведка, своевременное оповещение о радиоактивном заражении, укрытие в защитных сооружениях, введение и выполнение режима радиационной защиты, постоянный дозиметрический контроль, использование защитных свойств местности, транспорта, наземных сооружений, средств индивидуальной защиты, прием радиозащитных препаратов и др.

Надежно защищают от радиоактивного заражения убежища и противорадиационные укрытия. Время пребывания в них людей зависит от того, в какой зоне заражения расположено защитное сооружение, и может длиться от нескольких часов до нескольких суток.

Если необходимо преодолеть зараженный участок пешим порядком или на автомашинах, кожу и органы дыхания предохраняют от радиоактивной пыли средствами индивидуальной защиты. Это респираторы, ватно-марлевые повязки, противопыльные тканевые маски, комбинезоны или специально подготовленная одежда с клапанами, завязками, застежками и другими герметизирующими элементами, резиновая обувь! При вынужденном пребывании на зараженной территории необходимо провести не позже чем через 2—3 ч частичную санитарную обработку для своевременного удаления радиоактивной пыли.

В сырую погоду, когда пыль не поднимается, органы дыхания можно не защищать. Большое значение при нахождении в зонах радиоактивного заражения имеет своевременная полная и частичная специальная обработка. Специальная обработка включает частичную или полную санитарную обработку, обеззараживание территории, дезактивацию техники, оборудования, одежды.

Чтобы избежать заражения продуктов питания и воды, необходимо своевременно принять меры по их защите. К употреблению пригодны продукты питания, хранившиеся в холодильниках, плотно закрытой стеклянной и эмалированной посуде, в полиэтиленовых мешках, в загерметизированных подвалах и погребах. Картофель, морковь и другие корнеплоды, зараженные радиоактивными веществами, можно употреблять в пищу после тщательного мытья и очистки верхнего слоя. Воду для питья и приготовления пищи можно брать только из водопровода и защищенных колодцев.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В заключении можно сделать вывод о том, что в современных условиях необходима организация надежной защиты населения и народного хозяйства на всей территории страны и четкая организация системы оповещения. Население же должно быть в достаточной степени подготовлено к умелым действиям по соответствующим сигналам. Также очевидно, что должны быть силы и средства, которые обеспечивали бы ликвидацию последствий стихийных бедствий, катастроф, аварий на химических и радиоактивно опасных объектах или применения оружия. Для этих целей предназначена служба ГО РХЗ.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Архипова Н.И., Кульба В.В. Управление в чрезвычайных ситуациях. – М., 1998г.
2. Безопасность жизнедеятельности. Ч.3: Чрезвычайные ситуации. Учебное пособие Под ред. А.В. Непомнящего, Г.П. Шилякина. – Таганрог, ТРТУ,1994г.
3. Гражданская Оборона / Под ред. Шубина Е.П. – М., 1991г.
4. Методическое указание N 1222 «Методика оценки радиационной и химической обстановки при чрезвычайных ситуаций».
5. Основы защиты населения и территории в чрезвычайных ситуациях / Под ред. В.В. Тарасова – М.:МГУ, 1998г.
6. Положение о службе ГО радиационной и химической защиты ресурс Интернета http://www.gr-obor.narod.ru/
7. Пряхин В.М., Попов В.Я. Защиты населения и территорий в чрезвычайных ситуациях – М., 1997
8. Ресурс Интернет,http://voend.narod.ru/other/geralgika/russia/rhbz/shevr.html
9. Сборник основных нормативных и правовых актов по вопросам ГО и РСЧС М., 2003.
10. Юртушкин В.И., Дудко М.Н. Безопасность в ЧС – М., 2000.