Радиоактивное загрязнение

Радиационная гигиена это отрасль гигиены, изучающая влияние, ионизирующей радиации на здоровье человека и разрабатывающая меры радиационной защиты.

Как научная дисциплина возникла в СССР и США примерно в одно и то же время, после массовых испытаний (США) ядерного оружия в районе атолла Бикини на Тихом океане (1946). В СССР в 1946 в институте гигиены труда и профессиональных заболеваний под руководством А.А. Летавета было создано биофизическое отделение, занимавшееся вопросами радиационной гигиены, а в 1951 в этом отделении — первая лаборатория радиационной гигиены, в 1957-первая кафедра при Центральном институте усовершенствования врачей под руководством Ф. Г. Кроткова. Радиационная гигиена разрабатывает вопросы дозиметрии помещений, оборудования и территории предприятий или учреждений, располагающих источниками ионизирующей радиации; индивидуального дозиметрического контроля работающих на предприятиях и в учреждениях, использующих радиоизотопы, рентгеновские аппараты и гамма установки промышленного и медицинского назначения: проблемы гигиены труда и радиационной безопасности на предприятиях атомной промышленности и на атомных электростанциях, в горнорудной промышленности, при добыче урана и тория, обработке руд и перевозке рудных концентратов, на предприятиях чёрной и цветной металлургии, машиностроительной и химической промышленности — во всех случаях применения источников ионизирующих излучений, разрабатывает методы радиационной защиты персонала и больных при использовании всех видов ионизирующей радиации с диагностическими и лечебными целями и противорадиационные мероприятия при радиационных авариях.

Радиационная гигиена изучает процессы радиоактивного загрязнения внешней среды (воздуха, почвы, воды, растительного покрова) за счёт глобальных осадков и локальных выбросов, влияние повышенного радиоактивного фона на здоровье населения и наследственные изменения: накапливает и систематизирует данные для научного обоснования гигиенических нормативов (предельно допустимого содержания радиоактивных веществ в воздухе, воде и пищевых продуктах); разрабатывает методы санитарной экспертизы пищевых продуктов в случае их загрязнения радиоактивными веществами и осуществляет санитарный надзор за удалением радиоактивных отходов. Функции гигиенического контроля за использованием источников ионизирующей радиации и радиоактивных изотопов в народном хозяйстве выполняют радиологические группы санитарно-эпидемиологических станций.

Радиоактивное загрязнение

Радиоактивное загрязнение представляет особую опасность для человека и среды его обитания. Это связано с тем, что ионизирующая радиация оказывает интенсивное и пагубное постоянное воздействие на живые организмы, а источники этой радиации широко распространены в окружающей среде. Радиоактивность – самопроизвольный распад атомных ядер, приводящий к изменению их атомного номера или массового числа и сопровождающийся альфа-, бета- и гамма-излучениями. Альфа-излучение – поток тяжелых частиц, состоящий из протонов и нейтронов. Он задерживается листом бумаги и не способен проникнуть сквозь кожу человека. Однако он становится чрезвычайно опасным, если попадает внутрь организма. Бета-излучение обладает более высокой проникающей способностью и проходит в ткани человека на 1 – 2 см. Гамма-излучение может задерживаться лишь толстой свинцовой или бетонной плитой.

Уровни земной радиации неодинаковы в разных районах и зависят от концентрации радионуклидов вблизи поверхности. Аномальные радиационные поля природного происхождения образуются при обогащении ураном, торием некоторых типов гранитов, других магматических образований с повышенным коэффициентом эманирования, на месторождениях радиоактивных элементов в различных породах, при современном привносе урана, радия, радона в подземные и поверхностные воды, геологическую среду. Высокой радиоактивностью часто характеризуются угли, фосфориты, горючие сланцы, некоторые глины и пески, в том числе пляжные.

Серьезную реальную угрозу экологической безопасности РК представляет радиоактивное загрязнение , источники которого подразделяются на 4 основные группы:

* Отходы неработающих предприятий уранодобывающей и перерабатывающей промышленности (урановых рудников, самоизливающиеся скважины, хвостохранилища) ;

* Демонтированное оборудование технологических линий;

* Территории, загрязненные в результате испытаний ядерного оружия;

* Отходы нефтедобывающей промышленности и нефтяного оборудования; отходы, образовавшиеся в результате работы ядерных реакторов, и радиоизотопная продукция (отработанные источники ионизирующего итзлучения).

В РК имеются 6 крупных ураноносных провинций, множество мелких месторождений и рудопроявлений урана, которые обуславливают повышенный уровень естественной радиоактивности, отходы, накопленные на уранодобывающих предприятиях, и в местах проведения ядерных взрывов.

На 30% территории РК существует потенциальная возможность повышенного выделения природного радиоактивного газа – радона, который представляет реальную угрозу для здоровья человека. Опасным является использование для питьевых и хозяйственных нужд воды, зараженной радионуклидами.

Комплексное решение проблемы должно включать создание специализированной организации по переработке и захоронению радиоактивных отходов. Борьба с радиоактивным загрязнением среды может носить лишь предупредительных характер, поскольку не существует никаких способов биологического разложения и других механизмов, позволяющих нейтрализовать этот вид заражения природной среды. Наибольшую опасность представляют радиоактивные вещества с периодом полураспада от нескольких недель до нескольких лет: этого времени достаточно для проникновения в организм растений и животных таких веществ.

Излучение радиоактивных веществ оказывают следующее воздействие на организм:

* Ослабляют облученный организм,

* Замедляют рост,

* Снижают сопротивляемость к инфекциям и иммунитет организма;

* Уменьшают продолжительность жизни;

* Сокращают показатели естественного прироста из-за временной или полной стерилизации;

* Различными способами поражают гены, последствия которого проявляются во втором или третьем поколении;

* Оказывают кумулятивное (накапливающееся)воздействие, вызывая необратимые эффекты.

Тяжесть последствий облучения зависит от количества поглощенной организмом энергии (радиации) , излученной радиоактивным веществом.

Образование радиоактивных отходов и проблема с их обращением и утилизацией

Радиоактивные отходы (РАО) образуются при эксплуатации объектов ядерного топливного цикла, атомных электростанций, исследовательских реакторов, критических стендов и сборок, мощных источников ионизирующего излучения, судов гражданского и кораблей военно-морского флотов с ядерными энергетическими установками и иными радиационными источниками, а также при использовании изотопной продукции в научных организациях, народном хозяйстве и медицине.

Основное количество (РАО) накоплено в процессе создания ядерного оружия. На базе оборонных объектов был создан ядерный топливный цикл, и в результате Российская Федерация является одной из немногих стран в мире, обладающих всеми элементами ядерного топливного цикла, включающего добычу и обогащение урановых руд, изготовление ядерного топлива, изготовление изотопной продукции, переработку отработавшего ядерного топлива и обращение с РАО. Значительная часть от общего количества накопленных в России РАО образовалось при становлении атомной промышленности, причем основное количество РАО (97% от общего по ядерному топливному циклу) накоплено на ПО “Маяк”, Горно-химическом комбинате и Сибирском химическом комбинате. Общий объем накопленных в России РАО составляет ~ 6,5106 м3 с суммарной активностью ~ 1,5109 Ки. В настоящее время основное количество РАО образуется в результате переработки отработавшего ядерного топлива.

Аналогичная ситуация наблюдается и в Казахстане, где общественность и местная власть не разрешают строительство на своей территории подобных объектов (правда, там возникла идея об установке флотских энергетических реакторов в штольнях на Семипалатинском полигоне). Поэтому здесь уже скопилось более 200 тыс. Ки радиоактивных отходов, что в 70 раз превышает расчетную норму безопасности. Предприятия продолжают выбрасывать отслужившие свое радиоактивные материалы куда придется, создавая экологическое напряжение на и без того уже перегруженной отбросами цивилизации казахской земле, где расположены Семипалатинский полигон и космодром Байконур, орошающий ее канцерогенным гептилом из топливных баков ракет.

То же происходит во всем мире. И обусловлено это прежде всего тем, что исследованиям, направленным на поиск эффективных и безопасных методов переработки, утилизации и складирования отходов атомной промышленности, никогда не уделялось и не уделяется должного внимания, не выделяются достаточные средства для обустройства и охраны мест захоронения. Прежде всего потому, что такие расходы сделают абсолютно нерентабельным атомный объект любого, кроме военного, предназначения. Значит, подобных расходов быть не должно. А пока основным местом, где все страны, обладающие ядерными технологиями, захоранивают свои радиоактивные отходы, является Мировой океан. По данным МАГАТЭ, общая активность сброшенных преимущественно в Атлантический океан отходов равна 1240 кКи. Но поскольку в этой цифре учтены отходы только АЭС, атомных судов, но не принимаются во внимание другие источники радиоактивности типа утерянных боеприпасов, сбросов перерабатывающих предприятий и т. д., их реальная активность примерно в 10 раз большая. Некоторые страны, например Япония, протестовали против этого, но только до тех пор, пока сами не оказались перед выбором: или сбрасывать отходы в океан, или останавливать собственные ядерные объекты и свертывать программы, прежде всего плутониевый проект.

Обеспечения безопасности хранилищ РАО

1. Обосновать текущий уровень безопасности хранилища РАО (в период до его консервации и закрытия) и определить необходимость вмешательства для обеспечения радиационной безопасности работников (персонала) и населения.
2. Провести при необходимости все практически осуществимые мероприятия в целях повышения безопасности, направленные на реализацию следующих принципов:

непревышение допустимых пределов индивидуальных доз облучения работников (персонала) и населения (принцип нормирования);

поддержание на возможно низком уровне с учетом экономических и социальных факторов индивидуальных доз облучения и числа облучаемых лиц из населения (принцип оптимизации);

уменьшение вредного воздействия в результате снижения доз должно быть достаточным для обоснования ущерба и издержек, в том числе социальных издержек, связанных с таким вмешательством.

3. Обосновать долговременную безопасность хранилища РАО (в период после его консервации и закрытия) и определить необходимость вмешательства для обеспечения радиационной защиты населения.
4. Принять при необходимости все практически осуществимые меры по обеспечению долговременной безопасности хранилища РАО, при этом необходимо стремиться:

избегать действий, имеющих обоснованно предсказуемые последствия для будущих поколений, более серьезные, чем те, которые допускаются в отношении нынешнего поколения;

не возлагать чрезмерного бремени для будущих поколений.

Регулирование безопасности хранилищ РАО

1. Регулирование текущего уровня безопасности хранилища РАО (период до его консервации и закрытия):

нормативное регулирование безопасности и лицензирование видов деятельности с РАО, включая регламентацию технических мер по обеспечению ядерной и радиационной безопасности хранилищ РАО, критериев приемлемости РАО, направленных на хранение (захоронение) в хранилищах РАО, количества РАО, поступаемого в хранилища РАО;

надзор за состоянием барьеров на пути распространения радиоактивных веществ из хранилищ РАО в окружающую среду;

надзор за соблюдение норм и правил, регламентирующих безопасность персонала и населения;

надзор за выполнением инструкций по эксплуатации хранилища РАО.

2. Регулирование долговременной безопасности хранилища РАО (период после его консервации и закрытия) – оценки долговременной безопасности, включающие прогноз долговременного поведения искусственных и естественных природных барьеров на пути возможного распространения радиоактивных веществ в окружающую среду.

Для регулирования безопасности при обращении с РАО установлен эффективный механизм, реализуемый посредством специальных требований в условиях действия лицензии на соответствующий вид деятельности. Для оценки состояния текущего уровня безопасности хранилищ РАО, накопленных в результате предыдущей деятельности, и введения специальных требований в условия действия лицензий на соответствующий вид деятельности достаточно провести анализ на соответствие требованиям норм и правил. Для оценки долговременной безопасности указанных хранилищ РАО подобный подход практически трудно осуществим, поскольку необходимы прогнозные оценки. В настоящее время за рубежом существуют методы оценки безопасности, позволяющие адекватно оценивать потенциальные длительные радиологические воздействия на людей и окружающую среду систем захоронения.

Единицы измерения радиоактивности и доз облучений

Вещества, способные создавать ионизирующие излучения, различаются активностью (А), т.е. числом радиоактивных превращений в единицу времени. В системе СИ за единицу активности принято одно ядерное превращение в секунду (распад/с). Эта единица получила название беккерель (Бк). Внесистемной единицей измерения активности является кюри (Ки), равная активности нуклида, в котором происходит 3,7 · 1010 актов распада в одну секунду, т.е. 1 Ки = 3,7·1010Бк.

Единице активности кюри соответствует активность 1 г радия (Rа).

Для характеристики ионизирующих излучений введено понятие дозы облучения. Различают три дозы облучения: поглощённая, эквивалентная и экспозиционная.

Степень, глубина и форма лучевых поражений, развивающихся среди биологических объектов при воздействии на них ионизирующего излучения, в первую очередь зависят от величины поглощённой энергии излучения или поглощённой дозы (Дпогл).

Поглощённая доза – энергия, поглощённая единицей массы облучаемого вещества.

За единицу поглощённой дозы облучения принимается грей (Гр), определяемый как джоуль на килограмм (Дж/кг). Соответственно 1 Гр = 1 Дж/кг.

В радиобиологии и радиационной гигиене широкое применение получила внесистемная единица поглощённой дозы – рад. Рад – это такая поглощённая доза, при которой количество поглощённой энергии в 1г любого вещества составляет 100 эрг независимо от вида и энергии излучения. Соразмерность грея и рада следующая: 1 Гр= 100 рад.

В связи с тем, что одинаковая поглощённая доза различных видов ионизирующего излучения вызывает в единице массы биологической ткани различное биологическое действие, введено понятие эквивалентной дозы (Дэкв), которая определяется как произведение поглощённой дозы на средний коэффициент качества действующих видов ионизирующих излучений.

Коэффициент качества (Ккач) характеризует зависимость неблагоприятных биологических последствий облучения человека от способности ионизирующего излучения различного вида передавать энергию облучаемой среде.

По существу, биологические эффекты, вызываемые любыми ионизирующими излучениями, сравниваются с эффектом от рентгеновского и гамма-излучения.

В качестве единицы измерения эквивалентной дозы в системе СИ принят зиверт (Зв). Зиверт – эквивалентная доза любого вида ионизирующего излучения, поглощённая 1 кг биологической ткани и приносящая такой же биологический эффект (вред), как и поглощённая доза фотонного излучения в 1 Гр. Существует также внесистемная единица эквивалентной дозы ионизирующего излучения – бэр (биологический эквивалент рентгена). При этом соразмерность следующая

Дэкв = Дпогл ·Ккач или 1 Зв = 1 Гр · Ккач; 1 Зв = 100 рад · Ккач = 100 бэр.

Таблица 1. Значения Ккач для разных видов ионизирующего излучения

Для оценки эквивалентной дозы, полученной группой людей (персонал объекта народного хозяйства, жители населённого пункта и т.п.), используется понятие коллективная эквивалентная доза (Дэкв.к.) – это средняя для населения доза, умноженная на численность населения (в человеко-зивертах).

Понятие экспозиционная доза (Дэксп) служит для характеристики рентгеновского и гамма-излучения и определяет меру ионизации воздуха под действием этих лучей. Она равна дозе фотонного излучения, при котором в 1 кг атмосферною воздуха возникают ионы, несущие заряд электричества в 1 кулон (Кл).

Соответственно

Дэксп = КЛ/КГ

Внесистемной единицей экспозиционной дозы рентгеновского и гамма-излучения является рентген (Р).

При этом соразмерность следующая:

1 Р = 2,58 · 10-4 Кл/кг или 1 Кл/кг =3,88 · 103 Р

Поглощённая, эквивалентная и экспозиционная дозы, отнесённые к единице времени, носят название мощности соответствующих доз.

Например

Мощность поглощённой дозы (Рпогл) – Гр/с или рад/с.

Мощность эквивалентной дозы (Рэкв) – Зв/с или бэр/с.

Мощность экспозиционной дозы (Рэксп) – Кл/(кг · с) или Р/с.

Для упрощенной оценки информации по однотипному ионизирующему излучению можно использовать следующие соотношения.

1 Гр = 100 бэр = 100 Р = 100 рад = 1 Зв (с точностью до 10-15%);

радиоактивное загрязнение плотностью 1 Ки/м2 эквивалентно мощности экспозиционной дозы 10 Р/ч, или мощность экспозиционной дозы ионизирующего излучения 1 Р/ч соответствует загрязнению в 10 мкКи/см2.

Биологическое действие ионизирующих излучений и способы защиты от них

Различают два вида эффекта воздействия на организм ионизирующих излучений: соматический и генетический. При соматическом эффекте, негативные последствия проявляются непосредственно у облучаемого, при генетическом – у его потомства.

Соматические эффекты могут быть ранними или отдалёнными. Ранние возникают в период от нескольких минут до 60 суток после облучения. К ним относят покраснение и шелушение кожи, помутнение хрусталика глаза, поражение кроветворной системы, лучевая болезнь, летальный исход. Отдалённые соматические эффекты проявляются через несколько месяцев или лет после облучения в виде стойких изменений кожи, злокачественных новообразований, снижения иммунитета, сокращения продолжительности жизни.

При изучении действия излучения на организм были выявлены следующие особенности:

1. Высокая эффективность поглощённой энергии, даже малые её количества могут вызвать глубокие биологические изменения в организме.
2. Наличие скрытого (инкубационного) периода проявления действия ионизирующих излучений.
3. Действие от малых доз может суммироваться или накапливаться.
4. Генетический эффект – воздействие на потомство.
5. Различные органы живого организма имеют свою чувствительность к облучению.
6. Не каждый организм (человек) в целом одинаково реагирует на облучение.
7. Облучение зависит от частоты воздействия. При одной и той же дозе облучения вредные последствия будут тем меньше, чем более дробно оно получено во времени.

Ионизирующее излучение может оказывать влияние на организм как при внешнем (особенно рентгеновское и гамма-излучение), так и при внутреннем (особенно альфа-частицы) облучении. Внутреннее облучение происходит при попадании внутрь организма через лёгкие, кожу и органы пищеварения источников ионизирующего излучения. Внутреннее облучение более опасно, чем внешнее, так как попавшие внутрь источники ИИ подвергают непрерывному облучению ничем не защищённые внутренние органы.

Под действием ионизирующего излучения вода, являющаяся составной частью организма человека, расщепляется, и образуются ионы с разными зарядами. Полученные свободные радикалы и окислители взаимодействуют с молекулами органического вещества ткани, окисляя и разрушая её. Нарушается обмен веществ. Происходят изменения в составе крови – снижается уровень эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов и нейтрофилов. Поражение органов кроветворения разрушает иммунную систему человека и приводит к инфекционным осложнениям.

Местные поражения характеризуются лучевыми ожогами кожи и слизистых оболочек. При сильных ожогах образуются отёки, пузыри, возможно, отмирание тканей (некрозы).

Смертельные поглощённые дозы для отдельных частей тела следующие:

• голова – 20 Гр;
• нижняя часть живота – 50 Гр;
• грудная клетка – 100 Гр;
• конечности – 200 Гр.

При облучении дозами, в 100-1000 раз превышающую смертельную дозу, человек может погибнуть во время однократного облучения (“смерть под лучом”).

Биологические нарушения в зависимости от суммарной поглощённой дозы облучения представлены в таблице 2.

Таблица 2. Биологические нарушения при однократном (до 4-х суток) облучении всего тела человека

В зависимости от типа ионизирующего излучения могут быть разные меры защиты:

• уменьшение времени облучения;
• увеличение расстояния до источников ионизирующего излучения;
• ограждение или герметизация источников ионизирующего излучения
• оборудование и устройство защитных средств;
• организация дозиметрического контроля;
• применение мер гигиены и санитарии.

В России на основе рекомендаций Международной комиссии по радиационной защите применяется метод защиты населения нормированием. Разработанные нормы радиационной безопасности учитывают три категории облучаемых лиц:

А – персонал, т.е. лица, постоянно или временно работающие с источниками ионизирующего излучения;

Б – ограниченная часть населения, т.е. лица, непосредственно не занятые на работе с источниками ионизирующих излучений, но по условиям проживания или размещения рабочих мест могущие подвергаться воздействию ионизирующих излучений;

В – всё население.

Предельно допустимая доза – это наибольшее значение индивидуальной эквивалентной дозы за год, которая при равномерном воздействии в течение 50 лет не вызовет в состоянии здоровья персонала неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами.

Каждый житель Земли (категория В) на протяжении всей своей жизни ежегодно облучается дозой в среднем 250-400 мбэр. Полученная доза складывается из природных и искусственных источников ионизирующего излучения.

Природные источники дают суммарную годовую дозу примерно 200 мбэр (космос до 30 мбэр, почва до 38 мбэр, радиоактивные элементы в тканях человека до 37 мбэр, газ радон до 80 мбэр и другие источники).

Искусственные источники добавляют ежегодную эквивалентную дозу облучения примерно в 150-200 мбэр (медицинские приборы и исследования порядка 100-150 мбэр, просмотр телевизора около 1-3 мбэр, ТЭЦ на угле до 6 мбэр, последствия испытаний ядерного оружия до 3 мбэр и другие источники).

Всемирной организацией здравоохранения предельно допустимая (безопасная) эквивалентная доза облучения для жителя планеты определена в 35 бэр, при условии её равномерного накопления в течение 70 лет жизни.

Ниже предлагаются рекомендации общего характера по защите от ионизирующего излучения разного типа.

От альфа-частиц можно защититься путём:

1) увеличения расстояния до источников ионизирующих излучений, т.к. альфа-частицы имеют небольшой пробег;

2) использования спецодежды и спецобуви, т.к. проникающая способность альфа-частиц невысока;

3) исключения попадания источников альфа-частиц с пищей, водой, воздухом и через слизистые оболочки, т.е. применение противогазов, масок, очков и т.п.

В качестве защиты от бета-частиц используют:

1) ограждения (экраны), с учётом того, что лист алюминия толщиной несколько миллиметров полностью поглощает поток бета-частиц;

2) методы и способы, исключающие попадание источников бета-частиц внутрь организма.

Защиту от рентгеновского и гамма-излучения необходимо организовывать с учётом того, что эти виды излучения отличаются большой проникающей способностью. Наиболее эффективны следующие мероприятия (как правило, используемые в комплексе):

1) увеличение расстояния до источника излучения;

2) сокращение времени пребывания в опасной зоне;

3) экранирование источника излучения материалами с большой плотностью (свинец, бетон и др.);

4) использование защитных сооружений (противорадиационных укрытий, подвалов и т.п.) для населения;

5) использование индивидуальных средств защиты органов дыхания, кожных покровов и слизистых оболочек;

6) дозиметрический контроль внешней среды и продуктов питания.

При использовании различного рода защитных сооружений следует учитывать, что мощность экспозиционной дозы ионизирующего излучения снижается в соответствии с величиной коэффициента ослабления (Косл).

Некоторые величины Косл приведены в таблице 3.

Таблица 3. Средние значения коэффициента ослабления дозы радиации

Заключение

Радиационная гигиена – это самостоятельная медицинская профилактическая наука, изучающая условия, виды и последствия воздействия источников ионизирующих излучений на организм и разрабатывающая меры радиационной безопасности и защиты окружающей среды, направленные на охрану здоровья человека.

Отдел радиационной гигиены на настоящий момент обладает мощнейшей приборно-лабораторной и экспертной базой, позволяющей проводить практические любые виды исследований в области радиационной безопасности и их гигиеническую оценку: измерение радиационного фона на территориях и в помещениях, измерение плотности потока радона с поверхности грунта, определение содержания природных и техногенных радионуклидов в объектах внешней среды, в том числе в строительных материалах, пищевых продуктах, исследования воды по показателям радиационной безопасности, индивидуальный дозиметрический контроль персонала, работающего с источниками ионизирующего излучения (ИИИ), экспертизу проектной документации на размещение ИИИ в медицине и промышленности, экспертизу продукции, содержащей или являющейся источником ИИИ, санитарно гигиенические требования, а также в которой регламентировано содержание радиоактивных веществ.