Участившиеся в последние годы техногенные катастрофы обострили внимание человечества к качеству окружающей среды

Вид материала

Документы

Содержание Естественные источники Источники, созданные человеком Глава 2. Объекты и метод измерения. Глава 3. Обсуждение

Подобный материал:

• Отчет о работе Отдела гляциологии в 2008 г. Работы отдела велись в рамках программ, 413.17kb.
• «Защита окружающей среды Черного моря: новые требования», 244.76kb.
• Вопросы физическая география мира, 32.96kb.
• Задачами экономики окружающей среды стали, 106.49kb.
• Окружающей среды республики, 1450.06kb.
• Политика в области качества и охраны окружающей среды ОАО «соломбальский лдк», 22.18kb.
• Лекция 1 Понятие – качество для tqm, 2958.12kb.
• Тема : «Загрязнение и охрана окружающей среды», 38.66kb.
• Решение 10 сентября 2007 года №36 город Актау, 22.02kb.
• Нормативно правовые документы по вопросам формирования государственных информационных, 281.26kb.

Введение

Участившиеся в последние годы техногенные катастрофы обострили внимание человечества к качеству окружающей среды. Особое внимание привлекает оценка радиационного фона в связи с известными широким слоям населения фактами негативного воздействия источников радиоактивного излучения на живые организмы. В настоящей работе выполнена оценка радиационного воздействия, с которым организм человека может столкнуться в бытовых условиях.

Практическими задачами работы стали:

1. Измерение фонового уровня гамма-излучения в жилых помещениях.
   
2. Измерение плотности потока бета излучения от работающих экранов работающих телевизоров и дисплеев компьютеров.
   
3. Оценка удельной активности распада Cs-137 ряда пищевых продуктов.
   

Глава 1. Природа радиоактивного излучения, его источники и единицы измерения

Радиация — это очень общее понятие. Под этим термином подразумевается лучеиспускание или излучение какого-либо тела. В этом смысле радиация является неотъемлемой частью жизни. Солнце всегда несло человеку свет и тепло, необходимое для существования, и он человек непрерывно пополнял окружающий мир новыми источниками световой, тепловой радиации. Однако в последние 100 лет этот термин был отдан специфическому излучению, исходящему от естественных и искусственных источников, которое производит биологическое действие, вызывая ионизацию атомов и молекул.

По своей природе ионизирующее излучение делят на 2 вида:

1) коротковолновое электромагнитное излучение — рентгеновские лучи и гамма-излучение;

2) корпускулярное излучение, представляющее собой потоки частиц — альфа-частиц, бета-частиц (электронов), протонов, нейтронов, тяжелых ионов и других.

Наиболее важными для человека видами излучений, с которыми он сталкивается в условиях повседневной жизни, в профессиональной деятельности и в случаях возникновения радиационных аварий, являются рентгеновское и гамма-излучение, нейтроны, альфа- и бета-лучи.

Рентгеновские и гамма-лучи не отличаются по своей природе или свойствам. Они различны только по происхождению: рентгеновские лучи возникают при работе определенных электрических устройств, таких, например, как рентгеновская трубка; гамма-лучи возникают при ядерных реакциях и испускаются радионуклидами при их распаде. Оба вида излучения обладают большой проникающей способностью, легко проходят через тело человека.

Альфа-лучи — это потоки ядер атомов гелия, лишенные орбитальных электронов. Они состоят из 2-х протонов и 2-х нейтронов, плотно «упакованных», имеют положительный заряд (+2) и относительно большую массу. Альфа-лучи образуются при распаде тяжелых природных элементов — урана, радия, тория и других. Проникающая способность альфа-излучения невелика — несколько сантиметров в воздухе или несколько микрон в живой ткани. Потенциальная опасность альфа-излучений связана с возможность поступления излучателей внутрь организма с вдыхаемым воздухом, водой, продуктами питания.

Электроны (бета-частицы) — мельчайшие отрицательно заряженные частицы (заряд равен -1), которые содержатся во всех «нормальных» атомах. Электроны вылетают при распаде определенных радионуклидов. Их поток называют бета-излучением.

Нейтроны — это единственные частицы без электрического заряда, благодаря чему обладают очень большой проникающей способностью. Они могут получаться и искусственно в больших специальных ускорителях. Поток нейтронов представляет собой очень важный вид излучения с точки зрения радиационной гигиены, т. к. он возникает при взрыве ядерной бомбы и при работе ядерных реакторов. Защита от нейтронов в производственных условиях осуществляется с помощью «нейтронопоглощающих» материалов — воды, бора, графита, кадмия.

Атомы радиоактивных элементов называются радионуклидами. Все радионуклиды делятся на две основные группы. Радионуклиды, испускающие потоки альфа-частиц, называются альфа-излучателями, а испускающие электроны — бета-излучающими радионуклидами.

Количество распадающихся атомов вещества за единицу времени характеризует его радиоактивность. Один распад в секунду в современных единицах называется беккерель. Со временем количество распадающихся атомов каждого радионуклида уменьшается. Время, в течение которого происходит потеря половины активности радионуклида в процессе его распада, называется периодом полураспада. Каждый радионуклид имеет присущий ему и неизменный период полураспада.

Ионизирующее излучение не может быть обнаружено органами чувств человека, но его можно обнаружить и измерить техническими средствами. Для регистрации и измерения ионизирующего излучения применяются специальные детекторы-дозиметры на основе фотографических пленок, термолюминесцентных материалов, счетчиков Гейгера-Мюллера и сцинтилляционных счетчиков.

Главной количественной характеристикой ионизирующего излучения, которая определяет уровень его воздействия на биологические объекты и возможные последствия этого воздействия, является ДОЗА радиации — количество поглощенной энергии от этого излучения. Именно поглощенная доза ионизирующего излучения является первым показателем степени опасности радиационного воздействия.

В настоящее время, с введением в России международных единиц, единицей измерения поглощенной дозы стал грей (обозначение Гр), который в 100 раз больше рада. Один грей равен одному джоулю поглощенной энергии на килограмм. На практике чаще используются мелкие доли грея, такие, как микрогрей (мкГр), который составляет одну миллионную долю грея, миллигрей (мГр) — тысячная доля грея, а также распространенный в России сантигрей (сГр) — сотая доля грея, равная 1 раду.

Однако одинаковые поглощенные дозы разных излучений не всегда вызывают одинаковые биологические эффекты. Например, 1 Гр, полученный тканью от альфа-излучения, является более повреждающим в биологическом отношении, чем 1 Гр от бета-излучения, т. к. альфа-частица производит большую ионизацию на пути своего пробега, чем бета-частица. Для учета этих различий сравнительно недавно была введена усовершенствованная система измерения и оценки ионизирующего излучения — эквивалентная доза, которая равна поглощенной дозе, умноженной на коэффициент, который учитывает особенности распределения энергии данного вида излучения в ткани, влияющий на возникновение вредных биологических эффектов. Эквивалентная доза выражается в единицах, которые назвали зиверт (Зв). В таблице 1 представлены принятые единицы измерения радиоактивности.

Для гамма-излучения и бета-частиц коэффициент качества установлен равным единице, поэтому дозы от этих видов излучения при выражении в зивертах и греях численно равны. Для альфа-излучения такой коэффициент равен 20, так что поглощенная доза в 1 Гр от этого излучения соответствует эквивалентной дозе в 20 Зв.

Таким образом, эквивалентная доза как бы приводит к общему знаменателю оценки воздействия различных видов ионизирующих излучений на какой-либо орган или ткань. Считается, например, что 1 Зв альфа-излучения на печень создает такой же риск биологических последствий облучения, как и 1 Зв бета-излучения. Эквивалентная доза наиболее часто используется в системе радиационной защиты.

Все источники радиации можно разделить на две большие группы — естественные и искусственные или природные и антропогенные, то есть созданные человеком.

Естественные источники

Человек всегда был подвержен действию естественной природной радиации. На Землю из Вселенной падает поток космического излучения, содержащий ионизирующую компоненту. Это излучение значительно ослабляется атмосферой, но часть его достигает поверхности Земли и человека.

В горных, да и в других породах, содержатся многие естественные радионуклиды. Это, прежде всего калий-40, который является обязательной добавкой к стабильному калию в любом объекте, уран, торий, радий и многие другие.

Уровни земной радиации — радиационного фона неодинаковы для разных мест земного шара и зависят от концентрации радионуклидов в том или ином участке земной коры.

Человек, являющийся частью окружающего его мир а с рождения начинен естественными радиоактивными веществами. В мышечной ткани, где главным кирпичиком является калий, вместе со стабильным калием содержится радиоактивный изотоп калий-40. Калий систематически поступает с пищей и до 18-20 лет содержание радиоактивного и стабильного калия в организме возрастает. В зрелом возрасте, наоборот, содержание калия и связанное с ним облучение человека постепенно уменьшаются.

Существенный вклад в дозу внутреннего облучения человека вносят также поступающие с пищей радионуклиды уранового и ториевого ряда. В целом, за счет поступления естественных радионуклидов в организм с продуктами питания и обусловленного ими внутреннего облучения, человек получает дозу облучения, соразмерную с фоновой.

Сравнительно недавно ученые установили, что представленные выше все три источника естественной радиации, вместе взятые, оказались по дозе облучения человека меньше одного — четвертого источника природного происхождения. Им оказался невидимый, не имеющий вкуса и запаха тяжелый газ радон и продукты его распада.

Существенным фактором в облучении человека в жилище является и строительный материал, из которого построен дом и отделаны помещения. Самые распространенные строительные материалы — дерево, кирпич, бетон сравнительно мало радиоактивны и мало выделяют радона. Гораздо большей удельной радиоактивностью обладают гранит и пемза, используемые в качестве строительных материалов в России.

Источники, созданные человеком

За последние несколько десятилетий человек создал несколько сотен искусственных радионуклидов и научился использовать энергию атома в самых разных целях. Естественно, что создаваемые новые источники ионизирующего излучения способствуют увеличению доз облучения как отдельных людей, так и человеческой популяции в целом.

В большинстве случаев облучение от искусственных источников невелико и сопровождается очень большой пользой для населения общества, а в медицине, как правило, большой пользой для непосредственно облучаемых. Но в ряде случаев человек может потерять над ними реальный контроль, и тогда мы говорим о радиационной аварии или аварийной ситуации.

Глава 2. Объекты и метод измерения.

Гамма-излучение. В ходе работы измеряли фоновый уровень гамма-излучения в жилых помещениях здания, построенного из бетонных блоков.

Измерения выполняли радиометром-дозиметром ИРД 02 в соответствии с методикой работы с эти прибором ( Рис.1 ). Замеры производились на расстоянии не менее 1 м от всех видов поверхностей в 5-ти кратной повторности. Результаты получали в виде мощности амбиентного эквивалента дозы фотонного излучения в мкЗв/час. Амбиентный эквивалент дозы Н*(d) – эквивалент дозы, который был бы создан в шаровом фантоме МКРЕ (международной комиссии по радиационным единицам) на глубине d(мм) от поверхности по диаметру, параллельному направлению излучения, в поле излучения, идентичном рассматриваемому по составу и энергетическому распределению, но мононаправленном и однородном. Бета-излучение. Проводили измерение плотности потока бета излучения (φβ) от работающих экранов работающих телевизоров Thomson и Toshiba 2100 TD, а также дисплея эLG Flatron 775FTс электронно-лучевой трубкой и жидкокристаллического дисплея Neovo F4117. Измерения выполняли прибором РКСБ-104 РАДИАН на расстоянии 0,5 – 1 см от поверхности экрана в 10-ти кратной повторности. Для телевизионной трубки Toshiba замер был повторен на расстоянии 40 см от поверхности экрана для оценки затухания бета-излучения в воздухе. Первоначально замерялась плотность потока фонового излучения с установленным экранирующим фильтром (φфон), а затем без него (φ). Итоговый результат получали как разность между полученными величинами: φβ= φ – φфон , с-1 см-2.

Оценка удельной активности распада Cs-137. Измерению был подвергнут ряд жидкостей (водопроводная вода, питьевая вода «Зеленоградская», растопленный снег, выпавший 08 января 2007 года, кефир производства «Агронеман», морковно-яблочный нектар производства Николаевского сокового завода), а также хлеб «Хуторской».

В основу системы определения радиоактивности Cs-137 положена схема его распада ( Рис. 2 ). Видно, что большая часть атомов цезия (92%) распадается с образованием метастабильного изотопа бария, который в свою очередь в основном распадается с гамма-излучением. Таким образом, именно регистрация бета излучения может быть индикатором удельной активности распада Cs-137.

Согласно прилагаемой к прибору РКСБ-104 РАДИАН методике определение удельной активности бета-распада (Аβ) необходимо определять относительно образца, не содержащего изотопов цезия. Мы сочли возможным в качестве фонового излучения (Аф) принять показания прибора, поставленного на кювету ( Рис. 3 ), в которую впоследствии наливали исследуемые жидкости (Аизм). Аβ = Аизм - Аф.

Все измерения проводили в 5-ти кратной повторности.

Статистическая обработка: оценку достоверности различий средних значений измерений проводили Т-тестом Стъюдента средствами программы Microsoft Excell. На основании Т-критерия Стъюдента вычисляли веротность достоверности различий (р). Сделанные на этой основе оценки различий средних величин считались значимыми при р ≤ 0,05 (вероятность достоверности различий более 95%). Результаты измерений представлены в таблицах 2 – 4 приложения.

Глава 3. Обсуждение


В 1990 году был опубликован очередной доклад экспертов Международного комитета по радиационной защите (МКРЗ), в котором на основе уточненных результатов даны оценки отдаленных последствий атомной бомбардировки Хиросимы и Нагасаки. Расчетные величины риска развития излучения были пересмотрены. В частности, риск смертельного радиогенного канцерогенеза оценен величиной 4,5•10-2/Зв (4,5•10-4/бэр), а генетических дефектов в первых двух поколениях облученных лиц - 1,3•10-2/Зв (1,3•10-4 бэр). В соответствии с этим экспертами МКРЗ рекомендовано снизить предел дозы для профессионального облучения до 20 мЗв (2 бэр) в год.

В январе 1996 года вступил в силу Закон Российской Федерации "О радиационной безопасности населения", определяющий правовые основы обеспечения радиационной безопасности населения в целях сохранения его здоровья и в котором рекомендации МКРЗ получили законодательное подтверждение. С 2000 года он вступил в силу для всех объектов.

Россия стала одной из первых в мире стран, последовавшей новым рекомендациям МКРЗ. В 1996 году предел дозы профессионального облучения в нашей стране в законодательном порядке определен в 20 мЗв (2 бэр) в год для строящихся, проектируемых и реконструируемых предприятий (объектов).

Исходя из выполненных нами измерений мощности дозы гамма излучения сделаем оценку радиационной обстановки в обследованном помещении. Примем мощность дозы 0,14 мкЗв/час. Тогда общая годовая доза, полученная в этом помещении составит 0,14 мкЗв/час х 24 час х 365 дней = 1226,4 мкЗв = 1,226 мЗв = 0,1226 бэр. Таким образом, Измерения плотности потока бета-излучения от электронных приборов показало, что поток электронов создаваемый работающими приборами, статистически значимо отличается от фонового излучения у приборов с электронно-лучевой трубкой и практически не создается жидкокристаллическим монитором. В этом смысле переход к таким приборам несомненно снизит общую дозу облучения людей, которые в силу профессиональной занятости много времени проводят за экранами дисплеев. Все же следует указать, что поток электронов практически поглощается воздухом на расстоянии уже 40 - 50 см от излучающей поверхности.

Сделанные измерения активности радионуклида Cs-137 показали, что среди исследованных продуктов этот изотоп может содержаться только в талой воде (разумеется, и в дождевой воде). Стоит обратить внимание и на высокий показатель бета-излучения питьевой воды. Согласно Санитарным правилам и нормам СанПиН 2.3.2.1078-01 допустимые уровни активности Cs-137 в жидких продуктах 70 Бк/кг, а в питьевой воде вообще 1,0 Бк/кг. Правда, несмотря на то, что в инструкции к прибору РКСБ 104 РАДИАН методика описывается как измерение активности именно радионуклида цезия, все же можно предположить, что итоговый результат измерения может включать и бета-излучение, создаваемое изотопом Sr-90. Предельная величина его активности для жидких продуктов дается СанПиН 2.3.2.1078-01 как 100 Бк/кг. Таким образом, предельный уровень бета-излучения, создаваемый этими изотопами в жидких продуктах не может превышать 170 Бк/кг. Еще раз стоит подчеркнуть, что этот же стандарт определяет предел для пиьевой воды как 2 Бк/кг. Таким образом, атмосферные осадки, выпадающие на территорию области не пригодны для использования в пищевых целях.


4. Выводы.

1. Общий радиационный фон соответствует действующим в России нормам радиационной безопасности населения.

2. Только электронно-лучевые трубки дисплеев и телевизоров являются источником бета-излучения, которое поглощается воздухом уже на расстоянии 40 – 50 см от поверхности прибора. Переход к жидко-кристаллическим дисплеям повышает радиационную безопасность пользователей.

3. Есть основания полагать, что атмосферные осадки и питьевая вода содержат повышенные количества радионуклидов, создающих бета-излучение, в частности Cs-137.


Литература

1. Фокин А.Д., Лурье А.А., Торшин С.П. Сельскохозяйственная радиология. М.: Дрофа. 2005.
   
2. Торшин С. П. и др. Практикум по сельскохозяйственной радиоэкологии. М.: изд-во МСХА, 2001.
   
3. Лурье А. А. Словарь терминов и понятий по радиологии и радиоэкологии. М.: изд-во МСХА, 2000.
   

.