Ekologia_i_ustoychivoe_razvitie / Teory / T15_3
.htmT15_3 15.3 Электромагнитное загрязнение среды и его источники
Источники электромагнитного излучения бывают естественные искусственные. К естественным относится магнитное поле Земли. Оно характеризуется напряженностью, которая измеряется в В/м. Напряженность магнитного поля Земли возрастает с возрастанием широты. Имеются также региональные и локальные особенности и аномалии. Некоторые аномалии используются в качестве поисковых признаков полезных ископаемых, прежде всего залежей железной руды (например, Курская магнитная аномалия).
Магнитное поле Земли оказывает сильное влияние на электрические частицы, движущиеся в околоземном пространстве. Частицы заполняют кольца и пояса, охватывающие Землю вокруг геомагнитного экватора. Существуют два радиационных пояса вокруг Земли: внутренний и внешний. Внутренний пояс состоит из протонов, а внешний из электронов. Вся область околоземного пространства, заполненная заряженными частицами, называется магнитосферой. Под влиянием потоков заряженных частиц магнитное поле Земли испытывает время от времени кратковременные изменения: магнитные бури и полярные сияния.
К искусственным источникам электромагнитных излучений относятся индукторы, конденсаторы, антенны, линии электропередачи, радиопередающие устройства и т.п. Искусственные источники бывают точечные и линейные. К точечным относятся антенны, электрооборудование и т.п. К линейным - высоковольтные линии электропередачи промышленной частоты с напряжением линии 330-350 кВ и выше, а также линии постоянного тока с напряжением 1000 кВ и выше. Токи промышленной частоты являются сильными источниками электромагнитных волн. Напряженность поля в районах нахождения ЛЭП может достигать нескольких тысяч вольт на 1 метр. В местах наибольшего провисания проводов напряженность составляет 5000В/м. Однако электроволны хорошо поглощаются почвой, и уже на расстоянии 50-100 м напряжение поля падает до нескольких десятков и сотен вольт на метр. Экранирующий эффект оказывают деревья, кустарники, здания, рельеф местности.
Описанные выше источники электромагнитного излучения являются неионизирующими.
Излучение с очень высокой энергией, которое способно выбивать электроны из атомов и присоединять их к другим атомам с образованием положительных и отрицательных ионов, называется ионизирующим излучением. Его источниками являются радиоактивные вещества горных пород или поступающие из космоса. К ионизирующим излучениям относятся корпускулярные (альфа-, бета-излучение, нейтронное) и электромагнитные (гамма - излучение, рентгеновское) излучения. Корпускулярные излучения состоят из потока атомных и субатомных частиц, которые передают свою энергию всему, с чем сталкиваются. Альфа-частица - это дважды ионизированный атом гелия 42Не. Она образуется в результате альфа-распада, например, изотопа урана
По сравнению с другими частицами, альфа-частицы имеют огромные размеры, высокую начальную скорость до 20000 км/с и длину пробега 2-12 см в воздухе и несколько миллиметров в жидкости или твердом веществе. Альфа-частицы задерживаются тонкой металлической фольгой, верхним слоем кожи человека или просто листом бумаги. Но, будучи остановленными, они вызывают сильную локальную ионизацию. Бета-излучение - это быстрые электроны, возникающие при радиоактивном распаде атомных ядер почти всех элементов. Кроме электронов, при этом выделяются также позитроны, нейтрино и антинейтрино. Скорость электронов доходит до скорости света, длина пробега в воздухе - несколько метров, а в ткани - несколько сантиметров. На 1 см пути создают около 50 пар ионов. Для защиты от бета-излучения нужен слой металла толщиной около 3 мм. Существует три разновидности бета-распада:
- распад или электронный распад, например, тория протекает по уравнению
, при этом образуется электрон и антинейтрино;
- распад или позитронный распад, например, азота, протекает по уравнению
, при этом образуется позитрон и нейтрино;
электронный захват, например, атомом калия, протекает по уравнению
, при этом образуется атом другого элемента и нейтрино.
Гамма-излучение - один из видов коротковолнового электромагнитного излучения. Дина его волны меньше 1А. Возникает при радиоактивных полураспадах. Длина пробега сходна со световым излучением, только длина волны гораздо короче. Проникающая способность значительно больше рентгеновского излучения, и для их задержания требуется слой свинца толщиной более 20 см. Гамма - излучение легко проникает в живые ткани. Может пройти сквозь организм, не оказав никакого воздействия, или же может вызвать ионизацию на большом отрезке своего пути (рассеянная ионизация).
Рентгеновское излучение схоже с гамма-излучением, обусловлено выбиванием электронов из внешних электронных оболочек. Оно не испускается радиоактивными веществами, рассеянными в окружающей среде. Его получают в специальных установках.
Нейтронное излучение - это крупные незаряженные частицы, сами по себе не вызывающие ионизации, но, выбивая атомы из стабильных состояний, создают наведенную радиоактивность в нерадиоактивных материалах или тканях, сквозь которые они проходят.
Космическое излучение состоит из корпускулярных и электромагнитных компонентов и не опасно для биосферы.
Фоновое излучение - это ионизирующее излучение, испускаемое радиоактивными веществами, содержащимися в природе, к которым адаптированы все живые организмы. Наименьшая его интенсивность наблюдается на поверхности моря и около него, наибольшая - на больших высотах в горах, образованными гранитными породами.
Величина, характеризующая быстроту распада радиоактивного изотопа, называется периодом полураспада и измеряется временем, в течение которого число атомов радиоактивного изотопа уменьшается наполовину. Например, для радия он равен 1620 годам, для радона - 3,8 дня.
Основной единицей активности радиоактивного распада является кюри (Ки), в котором каждую секунду распадается 3,7*1010 атомов или происходит 2,2*1012 распадов в минуту. Активность радия составляет 1 кюри. На практике применяют более мелкие единицы измерения: милликюри и другие.
Для характеристики поглощенной энергии ионизирующего излучения единицей массы вещества используется поглощенная доза. Поглощенная доза - это количество энергии, поглощенной облученным веществом и рассчитанной на единицу массы этого вещества. В системе Си она измеряется в греях: 1 Гр=1 Дж/кг. Внесистемной единицей измерения является рад: 1Гр=100 рад. Дозы облучения обычно выражаются в миллирадах и меньше.
Для оценки радиационной обстановки на местности, на рабочем месте или в жилом помещении, обусловленной воздействием рентгеновского или гамма-излучения, используют экспозиционную дозу облучения. В системе Си ее единица измерения - кулон на килограмм Кл/кг. Но на практике чаще используют внесистемную единицу - рентген: 1Р=2,58*10-4 Кл/кг. При этом 1рад=1Р.
При облучении живых организмов возникают различные биологические эффекты. Разница между ними при одной и той же поглощенной дозе объясняется разными идами облучения. Принято сравнивать биологические эффекты, вызываемые любыми ионизирующими излучениями, с эффектами от рентгеновского или гамма-излучения, то есть вводится понятие об эквивалентной дозе. В системе Си эквивалентная доза измеряется в зивертах Зв. На практике используется внесистемная единица бэр: биологический эквивалент рентгена. Коэффициент, показывающий, во сколько раз оцениваемый вид излучения биологически опаснее, чем рентгеновское или гамма-излучение при одинаковой поглощенной дозе, называется коэффициентом качества излучения и обозначается буквой К. Для рентгеновского и гамма-излучения К=1. Таким образом, эквивалентная доза определяется как произведение поглощенной дозы на коэффициент качества излучения
1 рад * К = 1 бэр,
1 Гр * К = 1 Зв.
При прочих равных условиях доза ионизирующего излучения тем больше, чем больше время облучения, то есть доза накапливается со временем. Доза, отнесенная к единице времени, называется мощностью дозы.
Существуют естественные и искусственные источники ионизирующего излучения. В среднем доза облучения от всех естественных источников составляет в год около 200 мбэр ,хотя это значение может колебаться в разных регионах земного шара от 50 до 1000 мбэр в год и более. В таблице 3.3 показаны основные природные и искусственные источники ионизирующего излучения.
Таблица 3.3 Природные и искусственные источники ионизирующего излучения
Источник Средняя доза, мбэр Вклад в дозу, % Природные источники Космос (излучение на уровне моря) 30 15,1 Земля (грунт, вода, стройматериалы) 50-150 68,8 Радиоактивные элементы в тканях человека 30 15,1 Другие источники 2 1,0 Итого в год 200 100 Искусственные источники Медицинские приборы 100-150 50-75 Полеты в самолете 2,5-5,0 1-2,5 Телевизор 1,0 0,5 АЭС 0,1 0,05 ТЭЦ на угле 0,6-6,0 0,3-3,0 Глобальные осадки от испытаний ядерного оружия 2,5 1,0 Другие источники 40 20 Итого в год 150-200 100 Всего в год 350-400 - По существующим международным нормам предельно допустимая доза облучения установлена в пределах 5 бэр/год для профессионалов и 0,5 бэр/год для населения.