Естественный фон и радиоактивное загрязнение. 
Радионуклиды. 
Воздействие радиации на человека и последствия облучения

Для человека, проживающего на уровне моря, естественный радиационный фон составляет 2•10−3 Зиверта (0,2 бэра). В ХХ веке человечество вступило в «атомную эру» и, вследствие, испытаний ядерного оружия и аварий на АЭС, поверхность нашей планеты стала гораздо более радиоактивной. В 60-х гг. прошедшего столетия, за счет многочисленных рукотворных ядерных взрывов, на огромных территориях земного шара значительно возросло количество выпавших из атмосферы радиоактивных «долгоживущих» продуктов взрывов.

Конец ХХ века ознаменовали крупные атомные аварии: на АЭС в Уиндскейле (Великобритания), на Южном Урале (бывший СССР) в хранилищах атомных предприятий (дважды), на АЭС Три-Майл-Айленд (США), 26 апреля 1986 года на четвертом блоке Чернобыльсой АЭС (бывший СССР). Последняя вошла в историю атомных катастроф как «глобальная авария», следствием которой было радиоактивное заражение огромной территории, эвакуация более 200 тысяч человек и радиоактивное облучение большого числа людей. Были еще и полигоны: Семипалатинский (Казахстан), на Новой Земле, где производились ядерные испытания; учения в горном Алтае, Туве, аварии в Новосибирской и Томской областях, т. е. «старые радиоактивные следы», внесшие свой вклад в превышение фона естественного природного облучения.

Вслед за ядерным взрывом (аварией) возникает радиоактивное загрязнение окружающей среды в результате распространения радиоактивных продуктов. Они образуются в процессе деления ядер, взаимодействия нейтронов с веществом взрывного изделия и окружающей средой и представляют собой радиоактивные изотопы и продукты их превращений см. Табл. 14. Радионуклиды — это продукты ядерного распада в атмосфере. Различают радиоактивность атмосферы естественную и искусственную. Естественная образуется за счет наличия в атмосфере радиоактивных изотопов (в виде аэрозолей и газов), попадающих из космоса и земной поверхности, либо образующихся в самой атмосфере под влиянием потоков частиц космического происхождения, а основную роль в естественной радиоактивности атмосферы играет радон. Искусственная радиоактивность — это рост количества радиоактивных изотопов в атмосфере за счет искусственной цепной реакции деления ядер урана и плутония (работа АЭС, ядерные взрывы — испытания, ядерные аварии).

Таблица 14. Основные физические характеристики некоторых радионуклидов (Исаев А.А. 2003).

Характер радиационного заражения и его изотопный состав определяется в первые секунды взрыва (выброса), так как плотность распределения изотопов в радиоактивном облаке весьма неравномерна. Изотопы попадают на частицы-носители различных размеров и типов, заброшенных в момент взрыва и формирования радиоактивного облака на разные высоты. Рассеяние радиоактивных загрязнителей определяется стратификацией, турбулентностью и другими параметрами атмосферы, а их направление и скорость распространения определяют направление и скорость ветра в слое атмосферы 0−16 км. Если направление ветра по высотам постоянно, то изотопный состав выпадений — суммарный осредненный. Если по высотам направление ветра меняется, то частицы одного и того же размера, но из разных частей облака, могут образовывать отдельные загрязненные участки на местности. Интенсивность выпадения радиоактивных частиц на земную поверхность связана с их неодинаковыми размерами и неодинаковым вымыванием загрязнителей осадками в виде снега и дождя. Глобальные сухие осаждения составляют (в среднем) не более 15−20% от общего состава осаждений. Количество мокрых выпадений напрямую зависит от обилия и повторяемости осадков. (Наиболее активно вымывают из атмосферы радиоактивные частицы — продолжительные, моросящие дожди.) Этим, в частности, и объясняется различие доз излучений на местности при наличии и отсутствии осадков. Во время аварии на Чернобыльской АЭС выпадение радиоактивных продуктов в Южной Баварии, Австрии, Шотландии (где в это время наблюдались осадки) было более значительным, чем вблизи эпицентра взрыва, т. е. в городах Киев и Минск, где осадки не наблюдались.

Ю.А. Израэлем в 1996 г. предложено условно разделять радиоактивные выпадения на локальные (ближние, протяженностью несколько сотен метров), дальние, на расстоянии нескольких десятков и сотен км., полуглобальные (тропосферные, длящиеся до 1−2 недель) и глобальные (тропосферные и стратосферные, длящиеся многие недели, месяцы и даже годы). Примером локального, а в последствии дальнего радиоактивного тропосферного выпадения может служить авария на ЧАЭС. В первый момент выброса образовалось радиоактивное облако, а затем длительно (около 2-х недель) выходила струя газообразных, летучих радиоактивных продуктов, которые при осаждении и формировали ближнее и дальнее радиоактивное загрязнение местности. В зоне реактора и на расстоянии десятков метров мощность? — излучения составляла более тысячи рентген в час, т. е. дозу смертельно опасную для человека, приведшую к гибели пожарников, героически тушивших горящий битум на крыше машинного зала. В таблице 3.14 приведены клинические эффекты эквивалентных доз облучения человека. Специалисты международной комиссии радиационной защиты (МКРЗ) рекомендуют, чтобы предельно допустимая доза (ПДД) аварийного радиоактивного облучения не превышала 25 бэр, а профессионального ежегодного хронического — 15 бэр. Основные дозовые пределы для критических органов человека представлены в таблице 15.

ПДД для населения уменьшена в десять раз в связи с тем, что среди населения облучению могут подвергнуться дети, люди с ослабленным здоровье и больные.

Население и профессиональные работники, связанные с радиоактивным облучением, подвергаются двум видам облучения: внешнему и внутреннему. Для защиты от внешнего излучения (наиболее опасным является поток? излучения) используются три основных вида защиты: а) расстояние, б0 время, в) экранирование. Внутреннее излучение обуславливается радионуклидами, попавшими внутрь организма человека с пищей, водой, дыханием, и является потому более опасным.

антропогенный кровообращение сердечный Таблица 15.

Клинические эффекты эквивалентных доз облучения человека (облучается все тело) (Сивинцев Ю.В. 1991).

Таблица 16. Основные дозовые пределы для критических органов человека (Исаев А.А. 2003).

Защита от внутреннего облучения складывается из защиты объектов окружающей среды:

• а) сбор и захоронение верхнего слоя почвы,
• б) дезактивация и перевод радионуклидов в нерастворимые соединения,
• в) применения различного рода сорбентов, селективно поглощающих радиоактивные загрязнители;

и защиты населения:

• а) при полученных дозах менее 100 бэр — усиленное питание, повышенная витаминизация (В12 и С),
• б) при дозах более 100 бэр — переливание крови,
• в) при дозах более 600 бэр — пересадки костного мозга,
• г) независимо от дозы, в качестве профилактики — вдыхание паров и употребление препаратов радиоактивного йода, для насыщения щитовидной железы и блокирования её от накопления радионуклидов.

Вследствие воздействия ионизирующего облучения на человека в его организме, который по своей структуре может быть представлен четырьмя уровнями (отдельные молекулы, клетки, ткани, органы), происходит цепь обратимых и необратимых процессов. В первую очередь происходит возбуждение, ионизация и диссоциация молекул человеческого организма, провоцирующих разнообразные вторичные процессы. Под действием радиоактивных излучений расщепляются молекулы воды (а человеческое тело состоит более чем на 2/3 из воды), образуя химически активные соединения — радикалы: ОН, НО2, Н2О2 и др., которые вступают в химические реакции, вовлекая в биохимическое взаимодействие множество других молекул, избежавших контакта с радиоактивным излучением. Результат воздействия ионизирующего излучения зависит от поглощенной дозы и от мощности поглощенной дозы. В СИ единицей поглощенной дозы служит грей (Гр) равный джоулю, поглощенному килограммом вещества. (Существует и внесистемная величина дозы поглощения — рад; 1рад = 10−2 Гр.). Мощность поглощенной дозы определяется как поглощенная доза в единицу времени, т. е. грей в секунду (Гр/с) или грей в час (Гр/ч).

На клеточном уровне ионизирующее излучение может привести к трем вариантам развития событий:

• 1. за счет восстановительных процессов в самой клетке её функции будут полностью восстановлены;
• 2. при неполном восстановлении клетка может оказаться поврежденной, но жизнеспособной и продолжать функционировать;
• 3. клетка может погибнуть.

Первый вариант не требует дополнительных разъяснений, а вот при втором варианте, когда клетка претерпела изменения, после некоторой задержки может появиться новообразование (совокупность поврежденных клеток), как правило — злокачественное. Этот процесс не имеет четко выраженного порога доз. Если повреждается клетка, несущая генную информацию последующим поколениям, то радиационные эффекты различной степени тяжести проявляются в потомстве облученных людей.

Первые признаки и симптомы радиационного поражения проявляются как потеря работоспособности, усталость, потеря аппетита, рвота, понос (при увеличении дозы облучения эти явления проявляются в более резкой форме). При дозе 1,5−2,0 Гр может возникнуть лучевая болезнь в легкой форме, симптомы которой будут видны уже в первые сутки после поражения у более чем 30% облученных. Возможно облысение и повреждения кожного покрова. При дозе 2,5−4 Гр. развивается лучевая болезнь средней тяжести, сопровождающаяся сильным уменьшением содержания лейкоцитов в крови, подкожными кровоизлияниями. Благодаря разрушению клеток костного мозга возможен летальный исход у 20% пораженных. Лучевая болезнь в тяжелой форме проявляется у людей, принявших дозу в 4,0−6,0 Гр. В течении первого месяца у 50%, получивших такую дозу, наступает смерть. При дозах более 6,0 Гр — очень тяжелая форма лучевой болезни, приводящая к 100% летальному исходу. При дозах 10−50 Гр — смерть наступает через 1−2 недели за счет кровоизлияния или инфекционных заболеваний. Дозы в 100 Гр и более очень сильно поражают нервную систему и летальный исход неизбежен в течении часов, в редких случаях — дней.

Рассмотренные выше радиационные поражения — внешние, однако не менее опасны последствия внутреннего облучения. При употреблении пищи, дыхании, а также проникая через кожу, внутрь организма попадают радионуклиды, оказывая лучевое воздействие на различные органы и ткани. Наиболее опасны при внутреннем облучении изотопы плутония и полония. Радиоактивные изотопы имеют свойство накапливаться в определенных органах. К примеру, в костях способны накапливаться изотопы кальция, радия, стронция. Радионуклиды редкоземельных металлов накапливаются в печени, приводя к образованию в ней опухолей. Радиоактивный йод концентрируется в поджелудочной железе. Радионуклиды цезия и рубидия, распределяясь в организме равномерно, приводят к угнетению кроветворения, атрофии семенников и образованию опухолей в мягких тканях. На основании изложенного можно сделать вывод, что границей, разделяющей сравнительно безопасные уровни облучения от опасных, является доза в 0,5 Гр. Однако не следует забывать, что в интервале до 0,5 Гр находится и зона риска злокачественных новообразований. (Барсуков О.А., Барсуков К. А. 2003).