Відомості про радіацію

Розділ 7

Моніторинг радіоактивного забруднення природного середовища

Відомості про радіацію

Джерела іонізуючих випромінювань

Біологічна дія іонізуючих випромінювань

Радіоекологічний моніторинг

Методи і засоби радіаційного контролю

Радіаційний моніторинг агропромислового виробництва

Обстеження забруднених сільськогосподарських земель

Основні терміни розділу

штучні радіонукліди

поглинена доза

еквівалентна доза

іонізуюче випромінювання

дозиметрія

доза

вимірювання

допустимі концентрації

радіоізотопи

a,b,g випромінювання

радіоекологічний моніторинг

агропромисловий комплекс

Радіаційний моніторинг агропромислового виробництва

РМАПК

періодичність спостережень

радіаційний контроль

агроекосистеми

прилади

Моніторинг радіоактивного забруднення природного середовища

Відомості про радіацію

Особливу загрозу для здоров'я людей та існування природних біоце­нозів становить забруднення біосфери радіоактивними речовинами, які небезпечні своїм йонізуючим випромінюванням. Вивчення явища радіо­активності розпочалося в 1933 р. роботами французької вченої Марії Склодовської-Кюрі, а її згубної дії на процеси життєдіяльності — із за­стосування ядерної зброї в Хіросімі й Нагасакі (Японія) в 1945 р.

Проте, значного поширення дослідження згубного впливу радіації на біосферу набули з розповсюдженням ядерної зброї, розвитком атомної енергетики і особливо після найбільшої в світі техногенної аварії на Чорнобильській атомній електростанції в 1986 р. Врешті-решт людство усвідомило зрос­тання загрози світової катастрофи в результаті безглуздого використан­ня ядерної зброї та небезпечного «мирного» атома в енергетиці.

Атом складається з позитивно зарядженого ядра і негативно заряджених електронів, що рухаються навколо його. Загальний негативний заряд електронів компенсує позитивний заряд ядра так, що атом у цілому електрично нейтральний. Діаметр атома порядку 10^-10 – 10⁹ м.

Відповідно до діючій у даний час нейтронно-протонної моделі будівлі ядра Гейзенберга й Іваненко (1932) ядра всіх хімічних елементів складаються з елементарних часток - протонів і нейтронів, що називають нуклонами. Діаметр ядра порядку 10^-9м.

Протон - це елементарна частка, що має одиничний позитивний заряд, рівний за абсолютним значенням зарядові електрона; він являє собою ядро атома водню. Маса протона дорівнює масі атома водню без маси електрона; вона прийнята рівної 1/12 маси атома ізотопу, тобто 1,6603 10²⁷ кг, і називається єдиною атомною одиницею маси (а.е.м.).

Нейтрон - це незаряджена елементарна частка з масою 1,6749 10²⁷ кг (1,0083 а.е.м.).

Нуклідом називаються атоми з даним числом нейтронів і протонів у ядрі.

Ізотопами називаються нукліди з однаковим числом протонів у ядрі (атомним номером), але різним масовим числом.

Більшість хімічних елементів має по кілька стабільних ізотопів. Так, наприклад, у кисню мається три стабільних ізотопи, в олова - десять і т.д.

Водень має три ізотопи:

1H - звичайний водень, або протій, 2Н - важкий водень, або дейтерій, 3Н - тритій.

Дейтерій позначають також символом D, а тритій - символом Т. Протій і дейтерій стабільні, тритій радіоактивний.

Ядра з однаковим масовим числом називають ізобарами.

Ядра з однаковим числом нейтронів звуться ізотопами.

Нестабільні нукліди називаються радіоактивними. При переході в стабільний стан вони перетерплюють радіоактивний розпад шляхом випущення ядерних часток, квантів енергії або тих і інших разом. Процес радіоактивного розпаду є мимовільним.

Випромінювання складається з λ-часток, β-часток (електронів) і γ-квантів (електромагнітного випромінювання, аналогічного рентгенівським променям з довжиною хвилі від 10^-9 до 10^{-12 м і маючи високу проникаючу здатністю). Випущення} λ або β часток приводить до зміни заряду ядра і, отже, хімічних властивостей атома. Випущення λ -частки зменшує атомний номер на 2 одиниці, а масове число - на 4 одиниці; при випущенні β частки атомний номер зростає на 1, а масове число залишається незмінним.

Гамма-випромінювання являє собою електромагнітне випромінювання високої енергії й має найбільшу проникаючу здатність. Відповідно, захист від зовнішнього гамма-випромінювання є найбільш проблемним.

Бета-випромінювання має корпускулярну природу і являє собою потік негативно заряджених часток (електронів). Бета-випромінювання має меншу проникаючу здатність. Захиститися від цього випромінювання при зовнішньому джерелі можна порівняно легко. В принципі, бета-частинки затримуються неушкодженою шкірою. Однак при надходженні всередину організму, бета-активні радіонукліди випускають бета-частинки, що добре поглинаються тканинами організму. Виникаючі при цьому в організмі руйнування значно перевершують ті, що спричинені гамма-випромінюванням.

Альфа-випромінювання являє собою потік позитивно заряджених часток із зарядом 2 і масою 4, (власне кажучи – ядра гелію). Цей вид випромінювання легко поглинається будь-яким середовищем. Захиститися від нього можна буквально аркушем паперу. Однак, надходження альфа-випромінювача усередину організму може викликати трагічні наслідки.

Іонізуюче випромінювання - це потоки заряджених або нейтральних часток і електромагнітних квантів, взаємодія яких із середовищем приводить до іонізації її атомів і молекул. Іонізуючим випромінюванням є рентгенівське і гамма-випромінювання, потоки альфа-частинок, електронів, позитронів, протонів, нейтронів.

Заряджені частки іонізують середовище безпосередньо при зіткненнях з її атомами і молекулами (первинна іонізація). Електрони, що вибиваються при цьому, якщо вони мають досить велику енергію, також можуть іонізувати (вторинна іонізація). У випадку швидких нейтронів іонізація обумовлена ядрами віддачі або інших часток, що виникають при взаємодії нейтронів із середовищем. Іонізація фотонами рентгенівського і гамма-випромінювань може бути безпосередньої - первинної (фотоіонізація), а також, у більшому ступені вторинної - обумовленої електронами, що утворяться при взаємодії фотонів з речовиною.

Під фотонним іонізуючим випромінюванням розуміють гамма-випромінювання. До корпускулярного іонізуючого випромінювання відносять альфа-випромінювання, електронне, протонне, нейтронне і мезонне випромінювання.

Нейтрони безпосередньо не роблять іонізацію, але в процесі взаємодії із середовищем вивільняють заряджені частки (електрони, протони і т.д.), здатні іонізувати атоми і молекули середовища, через яку вони проходять. Відповідно корпускулярне випромінювання, що складається з потоку незаряджених часток, називають побічно іонізуючим.

Відповідно до того, який вид випромінювання характерний для радіоактивного розпаду даного ізотопу, виділяють гамма-активні ізотопи (наприклад, цезій-137), бета-випромінювачі (наприклад, стронцій-90) і альфа-випромінювачі (наприклад, більшість ізотопів плутонію).

Кількісною характеристикою джерела випромінювання служить активність, щовиражає число радіоактивних перетворень в одиницю часу. В системі СІ одиницею активності є беккерель (Бк) – 1 розпад у секунду (с^-1). Іноді використовується позасистемна одиниця кюрі (Кі), що відповідає активності 1 г радію. Співвідношення цих одиниць визначається наступною формулою: 1 Кі = 3,7·10¹⁰ Бк.

Інтенсивність альфа- і бета-випромінювання може бути охарактеризована активністю на одиницю площі (с^-1·м^-2). Інтенсивність гамма-випромінювання характеризується потужністю експозиційної дози.

Доза опромінювання характеризує ступінь іонізації речовини: чим більша доза, тим вища ступінь іонізації. Тому саме доза випромінювань є мірою руйнівної дії радіоактивних випромінювань на організм. Одна і та ж доза може накопичуватися за різний час, і біологічний ефект залежить не тільки від дози, а й від часу її накопичення. Чим швидше отримана доза, тим більша її руйнівна дія. [ 1 ]

Дозу можна розраховувати по різному, з урахуванням того, який розмір опроміненої ділянки, і де вона розташована; одна людина або декілька людей опромінюються і протягом якого часу відбувається цей процес.

Експозиційна доза вимірюється по іонізації повітря й дорівнює кількості електрики, що утвориться під дією гамма-випромінювання в 1 кг повітря. В системі СІ експозиційна доза виражається в кулонах на кг (Кл/кг). Саме її вимірюють дозиметричними приладами. Вона характеризує джерело і радіоактивне поле, яке воно створює.

Досить популярною є також позасистемна одиниця експозиційної дози – рентген. Це – доза гамма-випромінювання, при якій в 1 см³ повітря при нормальних фізичних умовах (температура 0° С и тиск 760 мм рт. ст.) утвориться 2,08·10⁹ пар іонів, що несуть одну електростатичну одиницю кількості електрики.

Потужність експозиційної дози відбиває швидкість накопичення дози й виражається в Кл/кг·сек (в СІ) або в Р/год (в позасистемних одиницях).

Найбільш адекватний спосіб опису ступеня радіоактивного забруднення місцевості - це щільність забруднення. Щільність забруднення вимірюється кількістю радіоактивних розпадів атомів за одиницю часу на одиницю поверхні, в одиниці маси або об’єму, тобто одиницями питомої активності. Цей спосіб, однак, досить трудомісткий, вимагає проведення лабораторних аналізів і не завжди може бути використаний для оперативної оцінки. Звичайно така оцінка проводиться за допомогою методів польової дозиметрії.

При цьому використовувані прилади, методи й одиниці виміру залежать від типу забруднення. Мірою забруднення гамма-випромінювачами є потужність експозиційної дози; бета-забруднення характеризується щільністю потоку бета-частинок. Оцінка ступеня забруднення альфа-випромінювачами в польових умовах неможлива.

Як правило, при техногенному забрудненні в навколишнє середовище надходить суміш радіонуклідів, серед яких є всі типи випромінювачів. Тому в першому наближенні ступінь небезпеки може бути оцінена за рівнем гамма-фону. Проте, у ряді випадків така оцінка непридатна. Якщо в скидах підприємства утримуються, головним чином, бета-випромінювачі, то радіаційна ситуація не може бути охарактеризована через величину експозиційної дози навіть на якісному рівні. Наприклад, забруднення рукава ріки Т., у яку здійснюється скидання з хімічного комбінату С., характеризується досить високими рівнями бета-випромінювання, у той час як гамма-фон, в основному, близький до нормального.

Населенню, як правило, в якості характеристики забруднення повідомляється (у т.ч. і через засоби масової інформації) тільки потужність експозиційної дози. Ця величина, однак, є лише однією з характеристик радіаційної ситуації. Існує безліч штучних радіоактивних ізотопів, які практично не випускають гамма-квантів, але при цьому є дуже небезпечними джерелами випромінювання. Потужність експозиційної дози, що визначається за допомогою гамма-дозиметра, не може відобразити ступень забруднення такими ізотопами.

Екологічних нормативів, що встановлюють припустимі впливи на екосистеми, в області радіаційної безпеки не існує.

У системі нормування використаються наступні основні поняття:

Поглинена доза – кількість енергії випромінювання, яка поглинена одиницею маси опроміненого тіла.

За одиницю поглиненої дози опромінення приймається грей (джоуль на кілограм) - поглинена доза випромінювання, передана масі опромінюваної речовини в 1 кг і вимірювана енергією в 1 Дж будь-якого іонізуючого випромінювання (1 Гр = 1 Дж/кг).

Еквівалентна доза. Оскільки вражаюча дія іонізуючого випромінювання залежить не тільки від поглиненої дози, але й від іонізуючої здатності випромінювання, вводиться поняття еквівалентної дози. Для розрахунку еквівалентної дози поглинену дозу помножують на коефіцієнт якості, що відображає здатність даного виду випромінювання ушкоджувати тканини організму. При цьому альфа-випромінювання вважається у двадцять разів небезпечніше інших видів випромінювань.

Одиницею еквівалентної дози є виверт (Зв).

Ефективна еквівалентна доза. Чутливість різних організмів, а також органів одного організму до ра­діоактивного випромінювання неоднакова. Згідно з правилом Бергоньє — Трибондо, більшою чутливістю в межах одного організму характеризу­ються недиференційовані клітини й тканини, яким властива підвищена ферментативна активність. У людей і тварин — це кровотворні тканини та залози внутрішньої секреції, у рослин — меристема. Особливо чутливі до радіаційного опромінення кістковий мозок, епітелій травного каналу та клітини з високою інтенсивністю процесів відновлення. Тому дози опромінення органів і тканин ураховуються з різними коефіцієнтами. Ефективна еквівалентна доза відбиває сумарний ефект опромінення для організму; вона також виміряється в зивертах.

Ці три поняття описують тільки індивідуально отримані дози. Підсумувавши індивідуальні ефективні дози, які отримані групою людей, ми отримаємо колективну ефективну еквівалентну дозу.

Колективна ефективна еквівалентна доза – це ефективна еквівалентна доза, яка отримана групою людей від будь-якого джерела радіації, вимірюється у системі СІ в людино-зивертах (люд-Зв).

Оскільки багато радіонуклідів розпадаються повільно і залишаються радіоактивними, тому вводиться ще одне означення, яке враховує цю властивість радіонуклідів.

Повна колективна ефективна еквівалентна доза – це колективна ефективна еквівалентна доза, яку отримає покоління людей від будь-якого джерела за весь період часу його майбутнього існування, вимірюється у люд-Зв.

Для вимірювання рентгенівських та гамма-випромінювань застосовують експозиційну дозу.

Одиниці вимірювання цієї дози та інших наведені в таблиці 7.1.

Таблиця 7.1

Поиск по сайту: