Защита населен. Электронный курс. Поляков / Лекции Поляков Защита населения / 4 тема++

1

Тема 4. Источники ионизирующих излучений

1. Естественные источники радиации.

1.1 Космическое излучение. 1.2. Земная радиация.

2.Искусственные источники радиации.

2.1Антропогенные источники ионизирующих излучений

2.2Излучение в медицине.

2.3Ядерные взрывы.

2.4Атомная энергетика.

2.5Применение излучений и изотопов в технике.

Вопрос 1. Естественные источники радиации.

Естественными радиоактивными веществами принято считать вещества, которые образовались и воздействуют на человека без его участия. Земная кора, вода, воздух всегда содержат радиоактивные элементы. Человек, как обитатель этой среды, также немного радиоактивен, так как основную часть облучения он получает от естественных источников радиации

Естественные источники излучения – это:

1.Космическое излучение.

2.Земная радиация.

1.1Космическое излучение

На протяжении всей истории существования Земли, излучения из космоса облучают земную цивилизацию, которая адекватно адаптировалась к ней.

Источники космического излучения:

1.Галактическое и межгалактическое космическое излучение, которое сопровождает выброс материи при звездных взрывах и образовании сверхновых звезд;

2.Солнечное излучение, обусловленное вспышками на Солнце, что происходит с характерным 11-летним циклом;

3.Излучение заряженных частиц, захваченных магнитным полем Земли.

Радиационный фон, от космических лучей, ответственен за половину всего облучения получаемого населения от естественных источников радиации.

2

Космические лучи представлены:

1)высокоэнергетическими потоками протонов (примерно 92%);

2)α-частицами (около 7%);

3)нейтронами, фотонами, электронами и ядрами легких элементов (1%).

Средний возраст галактического излучения от 1 до 10 млн. лет. Его энергия высокая – 1012 -1015 МэВ.

Земля имеет свои защитные механизмы от радиационных воздействий, иначе жизнь на Земле была бы невозможна.

На расстоянии от одного до восьми земных радиусов космические частицы отклоняются магнитным полем Земли. Часть высокоэнергетических частиц прорывается через магнитное поле и достигает верхних слоев атмосферы. Не многие из них проникают через всю атмосферу и достигают поверхности Земли. Большинство же, сталкиваясь с атомами азота, кислорода, углерода, атмосферы, взаимодействуют с ядрами этих атомов, разбирая их, рождая множество новых частиц - протонов, нейтронов, Пи-мезонов, М- мезонов, образующих вторичное космическое излучение.

Защититься от этого невидимого «космического душа» невозможно. Но одни участники земной поверхности более подвержены его действию, чем другие. Северный и Южный полюсы получают больше космической радиации, чем экваториальные области, т.к. влияние магнитного поля земли здесь меньше. Уровень облучения существенно растет с высотой, т.к. уменьшается слой воздуха, играющего защитную роль.

Заряженные частицы, попадая в магнитное поле Земли образуют так называемые радиационные пояса Земли. Выходу заряженных частиц из радиационных поясов мешает особая конфигурация направлений линий магнитной напряженности, создающих магнитную ловушку

Радиационные пояса Земли можно подразделить на внутренний и внешний.

3

Схема расположения радиационных поясов вокруг Земли. Числа на линиях контура соответствуют среднему числу частиц в кубическом метре. Расстояния (в земных радиусах) измерены от центра Земли.

Рис 1 – Структура радиационных поясов Земли (сечение соответствует полуденному меридиану)

Первичное излучение преобладает на высотах 45 км и выше, а вторичное излучение достигает максимальной величины на высотах 20-25 км. На широте г. Минска человек получает на Земле 50 мрад/год, но с ростом высоты интенсивность облучения с каждым километром увеличивается вдвое.

Космические лучи, проходя через атмосферу, вызывают появление космогенных радионуклидов, которых насчитывается около 20. Наиболее значительные из них тритий, углерод-14, бериллий-7, сера-32, натрий-22, 24. Эти радионуклиды, распадаясь, испускают бета-частицы. Наиболее опасными из. них являются тритий (период полураспада 12,3 года) и углерод-14 (Период полураспада - 5730 лет). Оба радионуклида непрерывно возникают и непрерывно распадаются. Существует определенное равновесие в природе, но всегда имеется некоторый их избыток. Смешиваясь с углеродом и водородом, тритий и углерод-14 попадают в воду, в человека, в животных, в растения и представляют определенную угрозу для жизни и здоровья человека.

(С14)Углерод-14 поступает в организм человека через желудочно-кишечный тракт и через легкие. В организме

4

распределяется равномерно Период биологического полувыведения из организма около 200 суток. Он вызывает трансмутационный эффект: встраиваясь в азотистые основания нуклеиновых кислот, углерод при распаде превращается в стабильный азот-14 что вызывает изменение структуры азотистых оснований, в результате чего меняется смысл генетического кода. Эти изменения не поддаются репарации и их доля от всех мутаций составляет 10%.

Справка. С помощью углерода-14 можно определить по останкам людей или животных время их смерти. Пока человек или животное живые, идѐт, постоянный процесс обновления углерода. После смерти этот процесс прекращается и начинается процесс распада углерода-14. Зная начальное количество и период полураспада, можно определить время, прошедшее после смерти животного или человека.

Вклад в космическое излучение вносят и вспышки на Солнце, при которых происходит выброс в космическое пространство протонов с энергией до 40 МэВ, иногда энергия достигает и 100 МэВ. Это явление называется солнечным излучением. Однако по сравнению с галактическим излучением эта энергия незначительна.

Человек, живущий на уровне моря, получает в среднем от космического облучения 0.315 мЗв/год, в том числе за счет внешнего облучения 0.3 мЗв/год и за счет внутреннего облучения 0,015 мЗв/год.

1.2 Земная радиация. Излучение от природных радионуклидов земного происхождения.

В любой почве, в воздухе, в воде, в живых организмах всегда имеются в незначительных количествах радионуклиды, но больше всего их в гранитах, в глиноземах, в песчаниках, в известняках. Возраст Земли 5,3 млрд. лет, поэтому на Земле сохранились только радионуклиды с большим периодом полураспада, остальные распались.

Радионуклиды земного происхождения подразделяются на

радионуклиды средней чести Периодической таблицы Д.И.Менделеева и на радиоактивных семейства.

Родоначальником семейства урана является уран-238 с периодом V238 полураспада 4,5 млрд лет.

5

Родоначальником семейства тория является торий-232 с периодом полураспада 10 млрд лет.

Родоначальником семейства актиния является уран-235 с периодом V235 полураспада 700 лет.

Конечный продукт распада всех семейств – свинец (Pb).

Во всех трех семействах один из продуктов распада - газ. В семействе урана это радон, в семействе тория - торон, в семействе актиния - актион. Последние два - изотопы радона. Именно газ попадает в воздух, почву, растворяется в воде и попадает, наконец, в организм человека.

В Республике Беларусь таким газом является радон. Человек половину (54%) земной радиации получает именно от радона. Радон повсеместно выделяется из земли, воды, стройматериалов.

Анализ показывает, что в типичный дом поступает радона: из почвы -70%, из внешнего воздуха - 13%. из стройматериалов - 7%, из воды - 5-10%, из природного газа - 4%, от других источников - 2%.(

Рис. 1, 2)

Рис.1 Поступление радона и его дочерних продуктов распада в приземный атмосферный воздух из почвы

6

Рис.2 Проникновение радона в жилые помещения

Это бесцветный инертный газ, не имеющий вкуса и запаха, тяжелее воздуха примерно в 7,5 раза. Являясь альфа-излучателем,

радон становится причиной заболеваний раком легких, желудка

идругих органов. Особенно опасен радон для легких,

надпочечников, гонад и костного мозга. На курящих людей радон действует в 10 раз сильнее, чем на некурящих.

Следует помнить, что концентрация радона в закрытых помещениях летом выше не менее чем в 8 раз, а в зимнее время выше в 5000 раз по сравнению с минимальным фоном. Обычно концентрация радона на кухне примерно в 40 раз выше, чем в жилой комнате Высокое содержание радона в ванне, в спальных помещениях. Исследования в квартирах жителей Минска и некоторых других городов показали, что в ванной комнате объемная активность

составила 8,5-9 кБк/м3, на кухне - 3-3,5 кБк/м3, в жилых смещениях 0.2 кБк/м3.

Дождь, снег, мороз и повышение атмосферного давления снижают интенсивность эксгаляции, тогда как повышение

температуры и увеличение скорости ветра вызывают ее усиление. Следовательно, концентрация радона в почве больше зимой и в периоды дождей.

Перенос и рассеяние радона в воздухе зависят от вертикального градиента температур, направления и силы ветра, турбулентности воздуха. Суточный максимум наблюдается ночные часы и максимум днем.

7

С геологической точки зрения около 40% территории Республики Беларусь являются потенциально радоноопасными.

Исследования содержания радона в квартирах в летнее время показали, что оно по Минску и большинстве городов составляет 30-35 Бк/м3, но в Дзержинском районе Минской области оно достигало 400 Бк/м3. МКРЗ рекомендует для вновь cтроящихся зданий уровень не выше 100 Бк/м3.

Для ослабления воздействия радона на организм человека необходимо:

-проветривать помещения не менее 5 часов в сутки;

-во время кипения воды в чайнике или другой закрытой посуде необходимо открывать на несколько секунд крышку, чтобы радон испарился из воды;

-сушка белья должна быть вне помещений, а после стирки ванна должна быть хорошо проветрена;

-следует помнить, что и при сжигании газа на кухне также необходимо проветривать помещение, так как из природного газа также выделяется радон;

-так как радон является альфа-излучателем и выделяется, в том числе и из стен, то их рекомендуется или красить, или оклеивать обоями.

Радиационный фон в различны районах земного шара разный. Есть районы в Индии, Бразилии, Иране, Франции, Италии, ЮАР, Канаде, Чехии, Нигерии и др., где средние значения земной радиации выше нормы в 200-1000 раз, а люди получают дозу до 8 рад/год. У людей, проживающих в этих районах, состояние здоровья не хуже, чем

улюдей, проживающих в условиях нормального радиационного фона (мощность дозы не превышает 20 мкР/ч ) но люди, переехавшие для проживания из районов с нормальным радиоактивным фоном в районы с повышенным радиоактивным фоном, обычно чаще болеют, в том числе и онкологическими заболеваниями.

Всредней части таблицы Менделеева находятся 12 радионуклидов с большим периодом полураспада, это: калий-40,

кальций-28, церий-132, индий-115, лантан-138, рубидий-87 и другие. Однако только калий-40 и рубидий-87 оказывают

существенное влияние на здоровье человека, так как являются элементами биологической ткани.

8

В Республике Беларусь радионуклиды находятся в основном в 30-сантиметровом слое почвы. В пахотном слое почвы активность калия-40 составляет 0,7-5,8 Ки/ км2. Содержание радионуклидов в почве и в некоторых веществах приведено в таблицах 2 и 3.

Таблица 2 Природные радионуклиды в почвах

Радионуклид	Активность	Радионуклид	Активность почвы,
	почвы, Бк/кг		Бк/кг
Углерод-14	4(1,5-6)	Радий-226	30(71-80)
Калий-40	440	Торий-230	100
Свинец-210	75-6300	Торий-232	36
Полоний-	8-220	Торий	26
210
Рубидий-87	140	Уран-238	24(8-110)

Примечание: вне скобок приведены средние значения, в скобках - нижний и верхний пределы

Таблица 3 Содержание радионуклидов в некоторых веществах, Бк/кг

Объект			Радионуклид
	Калий-40	Свинец-210	Радий-226	Торий-232	Уран-238
Пресная вода	168	(3-8)1О-3	(4-400)10-3	1.2.104	4,8.10-3
Древесина	130-750	11-40	7	0.6-5	0.06-0,5
Почвы	440 (0,2-1200)	75-6300	30(7-180)	37(4-78)

В природе широко распространен изотоп калий-40 (Т1/2=1,32х109 лет) – слаборадиоактивный элемент, экологически мало опасный.

Калий-40 претерпевает бета-распад, является источником бета и гамма-излучения.

Являясь элементом биологической ткани, калий-40

попадает в растение, в организм животных и человека.

Усваивается организмом вместе с нерадиоактивными изотопами калия, необходимыми для жизнедеятельности. В табл. 4 указано содержание калия-40 в основных продуктах питания растительного и животного происхождения.

		9
	Таблица 4 Содержание		калия-40	в основных продуктах
питания
	Продукт	Удельная активность, Бк/кг (х10-9
				Ки/кг)
	Пшеница	150 (4,0)
	Рожь	176 (4,8)
	Горох	274 (7,4)
	Крупа гречневая	41 (1,1)
	Картофель	130 (3,5)
	Морковь	84 (2,3)
	Лук	44,4 (1,2)
	Огурцы	100 (2,7)
	Лимоны	41 (1,14)
	Клюква	44,4 (1,2)
	Говядина	84 (2,3)
	Свинина	33,3 (0,9)
	Рыба	77,7 (2,1)
	Икра	127 (3,4)
	Молоко коровье	44,4 (1,2)
	Масло сливочное	37 (0,1)

Содержание калия-40 в окружающей среде показано в таблице 5.

Таблица 5. Содержание калия-40 в окружающей среде

Источник калия-40	Активность калия-40, Бк/кг
Известняк	30-40
Гранит	925-1200
Песчаники	300-400
Фосфатно-калийные удобрения	5900
Азотно-фосфорно-калийные	1200-5900
удобрения
Почва	37-1100
Зерновые	18,5-159
Овощи свежие	40-174
Картофель	174
Орехи	210
Клюква	355
Грибы	277
Горох	273
Молоко	30-45
Говядина	60-90

10

По подсчетам НКДАР ООН, средняя эффективная доза внешнего облучения, которую человек получает за год от земных источников естественной радиации, составляет 0,35 мЗв.

Таким образом, от естественного радиационного фона

человек получает дозу: от радона - около 55%, от калия-40 – 13%, от космических лучей – 15-16%, от других естественных источников – около-15%.

В абсолютных величинах естественный радиационный фон от космического излучения и земной радиации представлен в таблице 6.

Таблица 6. Среднегодовые эффективные дозы, получаемые человеком( мЗв) ежегодно при облучении естественным радиационным фоном

Источник излучения	Внешнее	Внутреннее	Полная доза
	облучение	облучение
Космическое излучение	0,355	0,015	0,37
	Радиоизотопы земной коры
Калий 40	0,15	0,18	0,33
Ряд урана -238	0,1	1,24	1,34
Радон-222 / радон-220		1,1 / 0,16
Ряд тория232	0,16	0,18	0,24
Доза естественного	0,8	1,6	2,4
фона

Вопрос 2. Искусственные источники радиации

За счет хозяйственной и социальной деятельности за последние несколько десятилетий человек создал искусственные источники радиоактивного излучения и научился использовать энергию атома в самых разных целях, медицине, для производства анергии и атомного оружия, для поиска полезных ископаемых и обнаружения пожаров. Мирный атом применяется в сельском хозяйстве и археологии.

С каждым годом увеличивается количество искусственных источников получения, используемых в сферах деятельности человека, которые дают дополнительную дозовую нагрузку.

Основные искусственные источники радиации:

1. антропогенные источники ионизирующих излучений;

2. излучение в медицине;

3. ядерные взрывы;

4. атомная анергия;

5. применение излучений и изотопов в технике.