Радиоактивност - какво е това явление? Видове радиоактивност

Радиацията е съществувала много преди появата на човека и придружава човека от раждането до смъртта. Нито едно от нашите сетива не може да разпознае късовълновото излъчване. За да го идентифицира, човек трябваше да измисли специални устройства, без които не би било възможно да се прецени нивото на радиация или опасността, която носи.

Историята на изследването на радиоактивността

Целият живот на нашата планета е възникнал, развит и съществува в условия, които понякога са далеч от благоприятни. Температурните промени, валежите, движението на въздуха, промените в атмосферното налягане, редуването на деня и нощта и други фактори влияят върху живите организми. Сред тях специално място заема йонизиращото лъчение, генерирано от 25 естествени радиоактивни елементи като уран, радий, радон, торий и др. Естествената радиоактивност са частици, които летят през атмосферата от Слънцето и звездите на Галактиката. Това са два източника на йонизиращо лъчение на всички живи и неживи.

Рентгеновото или γ-лъчението е електромагнитна вълна с висока честота и изключително висока енергия. Всички видове йонизиращи лъчения предизвикват йонизация и промяна на облъчените обекти. Смята се, че целият живот на Земята е адаптиран към действието на йонизиращото лъчение и не реагира на тях. Съществува дори хипотеза, че естествената радиоактивност е двигателят на еволюцията, поради което възниква толкова голям брой видове, голямо разнообразие от форми и начини на живот на организмите, тъй като мутациите не са нищо друго освен появата на нови характеристики на организма, които могат да доведат до съвсем нов тип. ,

През XVIII-XIX век, и особено сега, естественият радиационен фон на Земята нараства и продължава да нараства. Причината за това е прогресиращата индустриализация на всички развити страни, в резултат на което, с увеличаване на производството на метални руди, въглища, петрол, строителни материали, торове и други минерали, на повърхността му се доставят в големи количества различни минерали, съдържащи естествени радиоактивни елементи. При изгаряне на минерални енергийни източници, особено като въглища, торф, шистов много различни вещества, включително радиоактивни, влизат в атмосферата. В средата на 20-ти век е открита изкуствена радиоактивност. Това доведе до създаването на атомна бомба в Съединените щати и след това в други страни, както и до развитието на ядрената енергия. по време на атомни експлозии Работата на АЕЦ (особено в случай на авария), в околната среда, в допълнение към постоянния естествен фон, се натрупва изкуствена радиоактивност. Това води до появата на огнища и големи площи с високо ниво на радиоактивност.

Какво е радиоактивност, кой е открил този феномен?

Радиоактивността е открита през 1896 г. от физика А. Бекерел от Франция. Той установи, че основният източник на облъчване е гама-лъчението поради високата му проникваща сила. Радиоактивността е радиация, на която човек постоянно е изложен в резултат на излагане на природни източници на радиация (космически и слънчеви лъчи, земно лъчение). Нарича се естествен радиационен фон. Тя винаги е съществувала: от момента на формирането на нашата планета до настоящето. Човек, като всеки друг организъм, е постоянно под въздействието на естествено фоново излъчване. Според Научния комитет на ООН за въздействието на атомната радиация (NCDAR), облъчването на човека с радиация, причинено от естествени източници на радиоактивност, представлява около 83% от цялата радиация, получена от хората. Останалите 17% са причинени от изкуствени източници на радиоактивност. Откриването и практическото приложение на ядрената енергия предизвика много проблеми. Всяка година се разширява сферата на контактите между човечеството и всички живи същества с йонизиращо лъчение. Още днес заради замърсяване на почвата и атмосферата на радиоактивни продукти от ядрена енергия и експериментални ядрени експлозии, голямо разпространение на радиационна обработка и медицинска диагностика, използването на нови строителни материали, радиационното налягане е повече от два пъти.

Видове радиоактивност

Изкуствената и естествена радиоактивност действа върху лицето, което получава максимални дози. Това е процес, който активира изучаването на биологичните ефекти на радиацията от все по-широк кръг от хора. Всеки човек трябва да знае каква е връзката между мощността на дозата на експозиция (DER) и еквивалентната доза на облъчване, която е от решаващо значение за оценката на щетите, причинени на човека от радиация.

β-частиците имат енергия от около 0.01 до 2.3 MeV, като се движат скоростта на светлината. По пътя те създават средно по 50 чифта йони на см път и не изразходват енергията си толкова бързо, колкото α-частиците. За забавяне на β-облъчването се изисква метал с дебелина най-малко 3 mm.

Естествената радиоактивност на веществото е, когато α-частиците се отделят от ядрата и имат енергия от 4 до 9 МеВ. Изхвърлени от ядра с висока начална скорост (до 20 000 km / s), α-частиците изразходват енергия за йонизацията на атомите на материята, които са в техния път (средно 50 000 чифта йони на 1 cm от пътя) и спират.

γ-лъчението принадлежи на електромагнитно излъчване с дължина на вълната по-малка от 0.01 nm, енергията на γ-квантовете варира от около 0.02 до 2.6 MeV. Фотоните на γ-лъчението се абсорбират в едно или в няколко акта на взаимодействие с атоми на материята. Вторичните електрони йонизират атомите на околната среда. Частично гама лъчението се забавя само с дебелина на оловото (с дебелина повече от 200 mm) или бетонна плоча.

Феноменът на радиоактивността е радиация, съпроводена с отделяне на различни количества енергия и с различна проникваща сила, така че те имат различно въздействие върху организмите и екосистемите като цяло. При дозиметрията те използват количества, които количествено характеризират радиоактивните свойства на веществото и ефектите, причинени от радиация: активност, доза на експозиция, абсорбирана доза, еквивалентна доза радиация. Откриването на радиоактивността и възможността за изкуствена трансформация на ядрата допринесоха за разработването на методи и техники за измерване на радиоактивността на елементите.

Лъчева болест

Радиоактивността е радиация, която причинява лъчева болест. Има хронични и остри форми на това заболяване. Хронична лъчева болест започва в резултат на продължителна експозиция на тялото на малки (от 1 mSv до 5 mSv на ден) дози радиация след натрупване на обща доза от 0.7 ... 1.0 Sb. Острата лъчева болест се причинява от единична интензивна експозиция от доза 1-2 Sv до повече от 6 Sb. Изчисленията на еквивалентната доза радиация показват, че дозите, които човек получава при нормални условия в града, за щастие, са значително по-ниски от тези, които причиняват радиационна болест.

Мощността на еквивалентната доза, причинена от естествената радиация, е от 0,44 до 1,75 mSv на година. По време на медицинската диагностика (рентгенови изследвания, лъчева терапия и др.) Човек получава около 1.4 mSv годишно. Добавяме, че в строителните материали (тухли, бетон) в малки дози има и радиоактивни елементи. Затова през годината дозата на радиация се увеличава с още 1,5 mSv.

За действителната оценка на вредността на радиацията се използва характеристика като риск. Рискът обикновено се разбира като вероятност за увреждане на здравето или живота на даден човек през определен период от време (обикновено в рамките на една календарна година), като се изчислява, като се използва формулата за относителната честота на опасно случайно събитие в съвкупността от всички възможни събития. Основната проява на увреждане, причинено от радиоактивно излъчване, е заболяването на човек с рак.

Радиотоксични групи

Радиотоксичността е свойството на радиоактивните изотопи да причиняват патологични промени, когато влязат в тялото. Радиотоксичността на изотопите зависи от редица техни характеристики и фактори, основните от които са както следва:

1) времето на влизане в тялото на радиоактивни вещества;
2) видове радиоактивност;
3) схемата на радиоактивен разпад в тялото;
4) средната енергия на един акт на разпад;
5) разпространението на радиоактивни вещества в системите и органите;
6) път на попадане в тялото на радиоактивни вещества;
7) времето, прекарано в тялото на радионуклид;

Всички радионуклиди като потенциални източници на вътрешно облъчване са разделени в четири радиотоксични групи:

• група А - с особено висока радиотоксичност, мин. активност 1 kBq;
• група В - с висока радиотоксичност, мин. активност не повече от 10 kBq;
• Група В - със средна токсичност, мин. Активност не повече от 100 kBq;
• група G - с ниска радиотоксичност, мин. активност не повече от 1000 kBq.

Принципи на регулиране на радиоактивната експозиция

В резултат на експерименти върху животни и проучване на ефектите от излагането на човека на ядрени експлозии, авариите в предприятията от ядрения горивен цикъл, лъчетерапията на злокачествени тумори, както и проучвания на други видове радиоактивност, беше установен отговорът на организма върху остро и хронично лъчение.

Не-стохастичните или детерминистичните ефекти са дозозависими и се проявяват в облъчен организъм за относително кратко време. С увеличаване на дозата на радиация се увеличава степента на увреждане на органите и тъканите - наблюдава се градиен ефект.

Стохастичните или вероятни (случайни) ефекти се дължат на отдалечените последици от излагането на организма. В основата на появата на стохастични ефекти се дължат мутации на облъчване и други нарушения в клетъчните структури. Те се срещат както в соматични (от латински сомати - тяло), така и в зародишни клетки и водят до образуването на злокачествени тумори в облъчения организъм, а в потомството - в аномалии на развитието и други наследствени заболявания (генетични ефекти). Счита се, че прагът на мутагенното действие на радиация не съществува и затова няма напълно безопасни дози. С допълнителния ефект на йонизиращото лъчение като един от многото фактори на мутагенеза при доза от 1 cSv (1 рем), рискът от злокачествени тумори се увеличава с 5%, а проявлението на генетични дефекти - с 0.4%.

Рискът от смърт от допълнителна експозиция на йонизиращи лъчения в такива малки дози е значително по-малък от риска от смърт в най-безопасната продукция. Но това е така, защото натоварването на дозата върху човешкото тяло е строго регулирано. Тази функция се изпълнява от стандарти за радиационна безопасност.

НРБУ-97 са насочени към предотвратяване на появата на детерминистични (соматични) ефекти и ограничаване на появата на стохастични ефекти на прието ниво. Регламентите за радиационна хигиена, установени от НРБУ-97, се основават на следните три принципа на защита:

• принципа на оправданието;
• принцип на невъзможност за превишаване;
• принцип на оптимизация.

Естествена радиоактивност: нива, дози, рискове

Системата за радиационна защита на гражданите, изградена въз основа на резултатите от биомедицинските изследвания, е формулирана накратко по следния начин: степента на възможното отрицателно въздействие на радиацията върху човешкото здраве се определя само от дозата, независимо от това дали се формира източникът на йонизиращи лъчения, естествен или изкуствен. Технологично подобрените източници с естествен произход са контролирани компоненти от общата доза и техният принос може да бъде намален чрез предприемане на подходящи мерки. Например, за радон във въздуха в помещенията и за основните дози, които формират източниците, са посочени две ситуации на експозиция: експозиция в сгради, които вече са в експлоатация, и нови жилища, които се въвеждат в експлоатация.

Стандартите изискват еквивалентната равновесна активност на радона във въздуха (EERO) за експлоатирани домове да не надвишава 100 Bq / m3, което съответства на стойност от 250 Bq / m3 в периода на обемната активност, която се използва в повечето европейски страни. За сравнение, в новите основни стандарти за безопасност на МААЕ (BSS) референтното ниво за радон е 300 Bq / m3.

За нови жилища, детски заведения и болници тази стойност е 50 Bq / m3 (или 125 Bq / m3 радонов газ). Измерването на радиоактивността на радона, според NRBU-97, както и според нормативните документи на други страни по света, се извършва само чрез интегрални методи. Това изискване е много важно, тъй като нивото на радон във въздуха на един апартамент или къща може да се промени 100 пъти през деня.

Радон - 222

В хода на изследванията, проведени в Русия през последните години, бяха анализирани структурата и големината на съществуващите дози радиация и беше установено, че основното опасно вещество за населението в помещенията е радиоактивност - това е радон. Съдържанието на това вещество във въздуха може лесно да се намали, ако увеличите вентилацията на помещението или ограничите потока на газ чрез запечатване на пространството в сутерена. Според отдела за радиационна хигиена, около 23% от жилищния фонд не отговаря на изискванията на действащата нормативна уредба за съдържанието на радон във въздуха в помещенията. Ако жилищният фонд бъде приведен в съответствие със сегашните стандарти, загубите могат да бъдат намалени наполовина.

Нека разгледаме защо радонът е толкова вреден? Радиоактивността е разпад на естествени радионуклиди от урановата серия, в която радон-222 се превръща в газ. В същото време, той образува къси дъщерни продукти (ДПР): полоний, бисмут, олово, които, свързвайки частици прах или влага, образуват радиоактивен аерозол. Веднъж попаднали в белите дробове, тази смес след кратък полуживот на DPR на радон-222 води до относително високи дози радиация, което може да предизвика допълнителен риск от рак на белия дроб.

Според проучване на жилищния фонд на отделните региони (28 000 къщи) от специалисти от Института по хигиена и медицинска екология среднопретеглените средни индивидуални площи за отделните райони на радон са 2.4 mSv / год., За селското население тази стойност е почти удвоена и е 4.1 mSv / година За отделните региони дозите на радон варират в доста широки граници - от 1,2 mSv / година до 4,3 mSv / година, а индивидуалните дози от населението могат да надвишават дозовите граници за професионалисти от категория А (20 mSv / година).

Ако оценим смъртността от рак на белия дроб, причинен от облъчване с радон-222 в съответствие с международно приети методи, това е около 6000 случая на година. Също така трябва да се има предвид, че през последните години са получени знания за ефекта на радона. Така, според някои епидемиологични проучвания, е установено, че радон може да причини левкемия при деца. Според AS Evrard връзката между радон и левкемия при децата се увеличава с 20% на всеки 100 Bq / m3. Според Raaschou-Nielsen това увеличение е повече от 34% за всеки 100 Bq / m3.

Радиоактивност и шлаки

Във всички страни проблемът с рециклирането и обезвреждането на метални отпадъци с радиоактивност е много остър. Това е и източник на радиация - не само от аварии, като например в атомната електроцентрала в Чернобил, но и от работещи атомни електроцентрали, където постоянно се извършва планирана подмяна на блокове. Как да се справим със старите метални възли и структури, които имат висока радиоактивност? Специалисти от Института по електросварка са разработили плазмен-дъгов метод на топене във водно охладен тигел, който осигурява отстраняването на метал или сплав към шлаките, които имат радиоактивност. Това е физиката на най-безопасното почистване. Можете да използвате различни състави от шлака с висока усвояемост. Този метод може дори да премахне онези радиоактивни елементи, които са в пукнатини и вдлъбнатини на повърхността. За рязане на метални отпадъци се предвижда използването на плазмено рязане и експлозия под вода, електро-хидравлично рязане и уплътняване на изрязаните възли и структури. Тези високоефективни технологии премахват образуването на прах при работа, следователно предотвратяват замърсяването на околната среда. Разходите за преработка на радиоактивни отпадъци във вътрешния проект са по-ниски от тези на чуждестранните предприемачи.

Основни принципи на защита от затворени източници на йонизиращи лъчения

Запечатаните източници на йонизиращо лъчение причиняват само външно лъчение на тялото. Принципите на защита могат да бъдат изведени от такива основни модели на разпределение на радиацията и естеството на тяхното взаимодействие с веществото:

• дозата на външната експозиция е пропорционална на времето и интензивността на излагане на радиация;
• интензивността на излъчването от източника е право пропорционална на броя на частиците или квантите или частиците;
• преминавайки през вещество, радиацията се абсорбира от нея и техният обхват зависи от плътността на това вещество.

Основните принципи на защита от външна експозиция се основават на:

а) защита с времето;
б) количествена защита;
в) екраниране (екраниращи източници на материали);
г) дистанционна защита (увеличаване на разстоянието до максималната възможна стойност).

Комплексът от защитни мерки трябва да вземе предвид вида на радиация на радиоактивни вещества (α-, β-частици, γ-кванти). Защита от външно облъчване от α-частици не е необходима, тъй като техният пробег във въздуха е 2.4-11 см, а във водата и тъканите на живия организъм - само 100 микрона. Гащеризони напълно защитава от тях.

При външно облъчване, β-частиците засягат кожата и роговицата на очите и в големи дози причиняват сухота и изгаряния на кожата, чупливи нокти, катаракти. Използват се гумени ръкавици, очила и екрани за защита срещу β-частици. В случай на особено мощни потоци от β-частици, трябва да се използват допълнителни екрани за предпазване от рентгенови лъчи: престилки и оловни гумени ръкавици, оловно стъкло, екрани, кутии и други подобни.

Защита срещу външно γ-лъчение може да се осигури чрез намаляване на времето за директна работа с източници, използване на защитни щитове, поглъщане на радиация, чрез увеличаване на разстоянието от източника.

Гореспоменатите методи за защита могат да се прилагат поотделно или в различни комбинации, но така, че дозите на външно облъчване на фотони от лица от категория А да не надвишават 7 mR на ден и 0,04 R на седмица. Защитата чрез намаляване на времето за директна работа с източници на фотонно излъчване се постига чрез скоростта на манипулациите с лекарството, намалявайки продължителността на работния ден и работната седмица.