Радиоактивные вещества

1. Введение

Наверное, ни для кого не секрет, что вступление в 21 век немыслимо  без такого источника энергии, каковым  является атомное ядро. Для человечества те огромные запасы энергии, которые  заключены внутри ядер, являются практически неисчерпаемыми.

Если в условиях современного роста населения Земли не будет  произведен скорейший переход на ядерный источник энергии, то, в конце  концов, настанет тот день, когда  в топках и печах догорит последняя  капля, горсть  природного топлива, и с этого рокового дня история  человечества начнет стремительно продвигаться к своему логическому завершению (а может быть все начнется сначала, как в первобытные времена ?).

Для того чтобы оценить  все “плюсы” и “минусы”, которых  вероятно столько же сколько и  “плюсов”, но возникающих в совершенно других условиях, необходимо посмотреть на настоящее положение дел в  области использования атомной  энергии.

Атомная энергия широко применяется  в большинстве отраслей промышленности. Контроль качества изделий, производящийся без их разрушения, может быть успешно  осуществлен при использовании  данного вида энергии. Получение  новых полимеров, определение структуры  и дефектов сплавов, исследование смазочных  материалов в трущихся частях машин, холодная стерилизация перевязочных материалов и лекарственных средств, анализ жидких и газовых сред осуществляется с наибольшим успехом при непосредственном участии ядерной энергии.

Атомная энергия может  быть переработана в другие виды, например, в электрическую (АЭС), энергию движения ледоколов или подводных лодок. Благодаря наличию ядерного реактора на борту ледокола имеется возможность  круглогодичного плавания и, следовательно, навигации в северных широтах  без частых дозаправок природным  топливом [1].

Медицина также широко и успешно использует достижения в области атомной энергетики в лечении различных болезней таких, как злокачественные новообразования  и неопухолевые заболевания. При  лечении рака энергия, возникающая  при распаде радионуклидов, используемых в медицине, поражает генетический аппарат трансформированных клеток, тем самым останавливает их рост [2].

При исследовании механизмов реакций в органической и неорганической химии используется метод меченых  атомов. Этот метод сыграл немаловажную роль в обнаружении новых закономерностей  в физике, медицине, металлургии, биологии [1].

Возможность определения  генетического кода возникла после  появления радиоавтографического  анализа.

Обзор только позитивных аспектов использования атомной энергии  рисует весьма радужную картину, но для  оценки реальной ситуации, сложившейся  в настоящий момент нельзя упускать из виду те негативные моменты, которые  могут возникнуть при определенных условиях и привести к не всегда предсказуемым последствиям.

Наиболее чудовищное и  смертельно опасное применение энергии  ядер для всего человечества является развязывание атомной войны. Достаточно вспомнить, что  когда ядерный  смерч разбушевавшейся материи  уничтожил одномоментно 300 тыс. людских  жизней, по данным прессы, при бомбардировке  Хиросимы и Нагасаки в 1945 году, то становится понятным опасение мировой общественности перед лицом этой грозной силы. Очевидно, что чем больше энергия используемая во благо, тем больше ее может быть использовано во зло.

Количество несчастных случаев, связанных с атомной энергетикой, на АЭС, значительно меньше, чем в  других областях человеческой деятельности [3]. Тем не менее, несколько лет  назад происшедшая авария в Чернобыле  заставляет пересмотреть наше отношение  к организации безопасности работы АЭС и защиты от неконтролируемого  развития ядерной реакции. Необходимо дальнейшее снижение вероятности возникновения  аварийных ситуаций, хотя вероятно, полностью избежать их никогда не удастся. Все же количество жертв  на ЧАЭС удалось значительно снизить, благодаря самоотверженной работе спасателей, которые под час не жалея своей жизни шли на риск, ради того, чтобы обеспечить нормальную жизнь населению, проживавшему поблизости с местом трагедии.

Стремительное развитие техники  и технологии, по всей видимости, остановить нельзя, несмотря на мрачные вехи истории  прогресса, такие как авария на химическом заводе в Бхопале, унесшая 2.5 тыс. человек, взрыв емкостей со сжиженным газом под Мехико (400 чел. погибло и более 4000 получили ранения), авария летательных аппаратов “Челленджер”, “Титан”, “Дельта”. Все выше сказанное подводит к тому, что внедрение атомной энергетики является неизбежным процессом в рамках настоящего исторического развития общества. Замена органического топлива ядерным решит еще одну глобальную экологическую проблему, связанную с нарастающим загрязнением окружающей среды, уменьшением доли кислорода в воздухе и парниковым эффектом, возникшей при использовании в качестве топлива нефти, мазута, угля [3].

1.Физические основы радиационной безопасности.

Радиационная безопасность - новая научно практическая дисциплина, возникшая с момента создания атомной промышленности, решающая комплекс теоретических и практических задач, связанных с уменьшением возможности  возникновения аварийных ситуаций и несчастных случаев на радиационно-опасных  объектах. Ниже освящается весь комплекс задач, стоящих перед радиационной безопасностью.

Первой задачей радиационной безопасности является разработка критериев:

а) для оценки ионизирующего  излучения как вредного фактора  воздействия на отдельных людей, популяцию в целом и объекты  окружающей среды;

б) способов оценки и прогнозирования  радиационной обстановки, а также  путей приведения ее в соответствие с выработанными критериями безопасности на основе создания комплекса технических, медико-санитарных и административно-организационных  мероприятий, направленных на обеспечение  безопасности  в условиях применения атомной энергии в сфере человеческой деятельности. 

Для разработки критериев  используются многолетние наблюдения за людьми, работающими на объектах с уровнем радиации, превышающим  фон, а также эксперименты с животными, искусственно подвергаемыми облучению. Развертывание радиационной обстановки при аварийных ситуаций прогнозируется на основе математических расчетов и  данных, полученных при изучении случившихся  аварий за весь период развития атомной  промышленности и энергетики [3].

В настоящий момент существует разработанная система допустимых пределов воздействия ионизирующего  излучения на человеческий организм, оформленная в виде законодательных  документов Норм Радиационной Безопасности (НРБ) [4].

Второй немаловажной задачей  радиационной безопасности является разработка систем радиационного контроля. Различные  условия эксплуатации радиационных установок, набор используемых радиоактивных  веществ, экономия материальных средств  диктуют необходимость осознанного  выбора средств и частоты измерения  уровня радиации, концентрации радиоактивных  веществ. Так, при эксплуатации g-дефектоскопов  достаточно ограничиться контролем  уровня g- излучения, а на радиохимических  предприятиях наряду с указанным  контролем необходимо проводить  измерения концентрации радиоактивных  газов в воздухе и уровень загрязнения рабочих помещений с целью не допустить пере облучение сотрудников.

Радиационная безопасность, кроме перечисленных выше задач, решает еще две функциональные задачи:

1) Снижение уровня облучения  персонала и населения ниже (в  крайнем случае, до) регламентируемого  предела на основе следующих  мероприятий: технических (создание  защитных ограждений, автоматизация  технологического процесса, очистка  выбросов от радиоактивных веществ), медико-санитарных (обеспечение персонала  средствами индивидуальной защиты-СИЗ,  снабжение местных штабов ГО  средствами защиты населения), организационных  (создание специального графика  работы в условиях пере облучения).

2)Создание эффективных  систем радиационного контроля, позволяющих оперативно регистрировать  изменения в радиационной обстановке.

Наконец необходимо отметить, что надежность систем радиационной безопасности намного выше, чем систем защиты  других отраслей промышленности. Это объясняется тем, что впервые  использованная атомная энергия  привела к серьезнейшим разрушениям  и жертвам и тем самым вызвала  относительно предвзятое отношение  к ней, что пошло на пользу радиационной безопасности [3].

Теперь целесообразно  перейти к вопросам воздействия  ионизирующего излучения на вещество, видам облучения организма, а  также расчету доз, получаемых организмом.

1. Ионизирующее излучение.

Излучение, взаимодействие которого со средой вызывает образование электрических зарядов называется ионизирующим [3]. Ионизирующее излучение представляет собой поток частиц, обладающих дискретным или непрерывным спектром энергии. Данные частицы могут иметь(a- частицы и электроны) или не иметь(g- кванты, нейтроны) электрического заряда.

При прохождении через  вещество заряженных частиц происходит передача ими своей энергии, расходующейся  на возбуждение и ионизацию атомов и молекул. Для количественного  определения переданной веществу энергии  вводят понятие линейной передачи энергии S:

S=dE/dl (1),

где dE-энергия, теряемая заряженной частицей в среде при прохождении элемента пути dl.

Заряженные частицы проходят разное расстояние в веществе в зависимости  от их энергии и свойств мишени. Для количественного определения  этого расстояния вводят понятие  длины свободного пробега частицы. Можно показать, что длина свободного пробега обратно пропорциональна  отношению Z/A, где Z-атомный номер  атомов мишени, а А-их массовое число. В мягкой биоткани пробег a- частиц составляет несколько десятков микрон, а электронов 0.02ч1.9 см [3].

g-кванты при прохождении  через вещество способны взаимодействовать с ним тремя путями:

а) фотоэффект, при котором g-квант выбивает из электронной  оболочки атома электрон и передает ему свою энергию;

б) комптоновское рассеяние, при котором g-квант выбивает из электронной  оболочки атома электрон и передает ему часть своей энергии;

в) для g-квантов с энергиями превышающими 1.02 МэВ возможно образование электрон-позитронных пар при прохождении квантов в поле атомного ядра [6].

Нейтроны, проходя через  вещество вызывают ядерные реакции так, что в конечном итоге образуются заряженные частицы.

В общем можно утверждать, что все виды перечисленных видов  излучения являются ионизирующими. Далее необходимо рассмотреть каким  образом ионизирующее излучение  может воздействовать на организм.

1.2 Облучение организма.

Облучение организма можно  подразделить на внешнее и внутреннее. Внешнее облучение возникает в результате попадания потока частиц в организм извне. Такое облучение могут создавать технологические установки, содержащие радиоактивные изотопы или ускорители частиц. Воздействие источника внешнего облучения на организм зависит от той энергии, которую несут частицы, величины их свободного пробега, расстояния от источника и его активности, а также времени облучения. Наибольшую опасность представляют источники нейтронного и g-излучения, так как нейтроны и g-кванты обладают наибольшей проникающей способностью.

Внутреннее облучение  вызывается попавшими в организм радиоактивными веществами. Наибольшую опасность представляют собой a- радиоактивные  источники, поскольку вся энергия  излучения поглощается в непосредственной близости от местонахождения источника, принося наибольший вред .[6]

1.3 Дозиметрия.

Поглощенная и экспозиционная доза.

Для определения меры той  части энергии, которая поглощена  веществом при облучении ионизирующим излучением используют понятие поглощенной дозы:

Dп=dEп/dm (2),

где dEп-энергия, поглощаемая элементом вещества массой dm. Единица дозы - Гр (грей) равна 1 Дж/кг. Поглощенную дозу чаще всего выражают, используя внесистемную единицу “рад”:

1рад=0.01 Дж/кг

Мощность дозы Рп выражает дозу, полученную в единицу времени:

Рп=Dп/t (3),

где t-время облучения. Эту  величину измеряют в рад/с или  рад/ч:

1рад/с=0.01 Вт/кг.

Для измерения поглощенной  дозы g-излучения используют непосредственно  измеряемую величину экспозиционной дозы Dэ, которая выражает ту часть энергии потока g-квантов, которая пошла на образование фотоэлектронов, комптоновских электронов и электрон-позитронных пар. Единица измерения в системе СИ-Кл/кг.  Чаще измеряют экспозиционную дозу в рентгенах:

1Р=2.58.10-4 Кл/кг.

Мощность экспозиционной дозы обычно измеряют в мкР/ч.

Можно показать, что, приближенно,  поглощенная биологической тканью доза g-излучения численно равна  экспозиционной дозе в воздухе [6]. Для  этого необходимо соблюдения в системе  “электронного равновесия" - условия, при котором все электроны, образующиеся в результате взаимодействия g-излучения  со средой, полностью в ней поглощаются, что, по всей вероятности, и происходит в действительности.

2. Биологическое воздействие радиации.

Ионизирующее излучение  в основном носит вред тем, что  под его воздействием происходит разрушение генетического аппарата клеток, что приводит либо к их гибели, либо, что хуже для организма в  целом, к трансформации с утраченной дифференцировкой. Такие клетки могут  образовать злокачественную опухоль, прорастающую в органы и нарушающие их работу. При получении  определенной дозы облучения возникает так  называемая лучевая болезнь, которая характеризуется поражением кроветворной системы, поражением слизистой оболочки тонкой кишки, нервной системы. Степени тяжести лучевой болезни зависят от полученной организмом дозы. Существует острая и хроническая формы лучевой болезни.[2]

Заключение.

Несмотря на ту опасность, которую представляет атомная энергетика, она является той  экологически чистой индустрией, на которую возлагает  свои надежды все передовое человечество. Маяки на трассе Северного морского пути и кардиостимуляторы сердца, АЭС и  ледоколы, системы пожарной охраны и g-дефектоскопы... вот, лишь далеко не полный список благ, где атомная  энергетика успешно себя проявила. А сколько еще ждет впереди  атомную энергетику трудно представить.

3. Основы радиационной безопасности, методы и средства защиты при работе с радиоактивными веществами

Вопросы радиационной безопасности в международном масштабе организационно регламентируются Международной комиссией  по радиационной защите (МКРЗ), которая  была создана в 1950 году на основе ранее  существовавшего специального Комитета по защите от рентгеновых лучей и  радия. МКРЗ тесно сотрудничает с  Международной комиссией по радиационным единицам (МКРЕ). Имеется международная  организация, которая занимается вопросами  защиты при работах, связанных с  атомной энергией, - Международное  агентство по атомной энергии (МАГАТЭ). Кроме того, при ООН создан специальный  Научный комитет по радиационным проблемам (ЮНЕСКО), выполняющий задания  Генеральной Ассамблеи ООН совместно с МКРЗ, МКРЕ и Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ).

Согласно уставу, МКРЗ знакомится со всеми достижениями в области  защиты от излучений и разрабатывает, исходя из основных научных принципов, соответствующие рекомендации, которые  утверждаются Международным радиологическим  конгрессом. На основании принятых конгрессом предложений национальные комиссии стран применительно к  местным географическим и экологическим  условиям издают соответствующие правила  и законы, определяющие нормы безопасной работы с радиоактивными веществами и источниками ионизирующих излучений.

С учетом рекомендаций МКРЗ в России приняты и опубликованы основные санитарные правила работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующих излучений и нормы радиационной безопасности, имеющие законодательный характер для всех предприятия, учреждений и лабораторий независимо от их ведомственного подчинения.

В радиологических лабораториях радиоактивные вещества могут использоваться как источники ионизирующего  излучения в закрытом и открытом виде. Закрытым принято называть источник излучения, устройство и применение которого исключает возможность  попадания радионуклидов в окружающую среду (закрытый в металлическую  или стеклянную оболочку, металлический  диск и т. д.). При использовании  открытого источника радионуклиды могут попадать в окружающую среду (порошки, жидкости, газы). Поэтому возможны два пути воздействия излучений  – внешнее (от закрытых и открытых источников) и внутреннее (при попадании  радиоактивных веществ внутрь организма  при работе с открытыми источниками  излучения). Наиболее опасна работа с  открытыми источниками излучения  и особенно с радионуклидами высокой радиотоксичности.

В нормах радиационной безопасности приведены предельно допустимые дозы (ПДД) внешнего облучения и предельно  допустимые дозы поступления в организм радионуклидов при внутреннем облучении  для трех категорий населения:

Категория А – персонал (профессиональные работники), лица, которые непосредственно работают с источниками ионизирующих излучений или по роду своей работы могут подвергнуться облучению.

Категория Б – отдельные лица из населения, которые непосредственно с источниками излучения не работают, но могут подвергнуться облучению. Сюда относится контингент населения, проживающий на территории наблюдаемой зоны (территории, где дозы могут превысить пределы, установленные для проживающего населения).

Категория В – население в целом (при оценке генетически значимой дозы облучения).

Для определения безопасных условий работы с ионизирующими  излучениями в нормах радиационной безопасности введены понятия ПДД  и «предел дозы». Под ПДД понимают годовой уровень облучения персонала, не вызывающий при равномерном накоплении дозы в течение 50 лет обнаруживаемых современными методами неблагоприятных  изменений в состоянии здоровья самого облучаемого и его потомства, т. е. соматических и генетических последствий. «Предел дозы» представляет допустимый среднегодовой уровень облучения  отдельных лиц из населения, контролируемый по усредненным дозам внешнего излучения, радиоактивным выбросам и радиоактивной загрязненности объектов внешней среды.

ПДД внешнего и внутреннего  облучения устанавливаются для  разных групп критических органов  и тканей. в I группу отнесены все тело, гонады, кроветворные органы (красный костный мозг) как наиболее радиопоражаемые; во II – мышцы, жировая ткань, печень, почки, селезенка, желудочно-кишечный тракт, легкие, хрусталик глаза и другие органы, за исключением тех, которые относятся к I и III группам; в III – костная ткань, щитовидная железа и кожный покров, кисти, предплечья и ступни.

ПДД не включает доз, обусловленных  естественным радиоактивным фоном  и полученных при медицинских  обследованиях и лечении. Поскольку  дозы медицинских процедур вносят существенный вклад в генетическую дозу, нормы  радиационной безопасности предписывают максимально ограничить рентгеновское  облучение при профилактических обследованиях населения, особенно беременных женщин и подростков.

Во всех случаях доза накопления к 30 годам не должна превышать 60 бэР. Профессиональные работники за исключением женщин в возрасте до 30 лет могут получить в течение одного квартала дозу для всего организма, гонад или красного костного мозга, не превышающую 3 бэР, для женщин, в возрасте до 30 лет – не более 1,3 бэР. Женщины освобождаются от работы с применением радиоактивных изотопов и других источников ионизирующих излучений на весь период беременности, а при работе с радиоактивными веществами в открытом виде – и на период кормления ребенка.

Предел соматической дозы внешнего и внутреннего облучения  для персонала не должен превышать 5 бэР, а для отдельных лиц из населения – 0,5 бэР в год. Этот предел дозы обусловливает очень малую степень риска. Установленный предел соматической дозы для отдельных лиц из населения, как максимум, применим ко всему населению. Вместе с тем должны приниматься все меры для существенного снижения как дозы облучения, так и числа облучаемых лиц.

Генетически значимая доза внешнего и внутреннего облучения (включая дозу от глобальных радиоактивных  выпадений), получаемая населением в  целом от всех источников излучения, не должна превышать 5 бэР за 30 лет (исключая естественный радиоактивный фон и дозу, получаемую в результате медицинских процедур).

Непланируемое однократное  внешнее облучение дозой свыше 25 бэР, а также однократное поступление в организм радионуклидов свыше пятикратного значения предельно допустимого поступления (ПДП) должны рассматриваться как потенциально опасные. После такого воздействия работник должен быть направлен на медицинское обследование.

С учетом группы радиотоксичности и ПДД облучения критического органа и ткани для той или иной категории лиц нормы радиационной безопасности предусматривают пределы годового поступления (ПГП) радиоактивных веществ в организм через органы пищеварения, дыхания, а также величины среднегодовых допустимых концентраций (СДК) их в воде и воздухе. Значения СДК для различных радионуклидов приведены в нормах радиационной безопасности. Их вычисляют делением пределов годового поступления радиоизотопов на стандартное потребление воздуха или воды.

СДК для радиоактивных  веществ в тысячи и более раз  меньше, чем для других токсических  веществ. Особенно низкие СДК в воздухе рабочих помещений и воде установлены для долгоживущих альфа-излучающих изотопов (226Ra, 239Pu, 232Th, 210Po), способных избирательно концентрироваться в отдельных органах и медленно выводиться из организма.

Среднегодовые допустимые концентрации радиоактивных изотопов в воде для  отдельных лиц из населения могут  быть приняты для оценки допустимого  загрязнения продуктов питания  и питьевой воды.

4. Цель, основные задачи и принципы обеспечения ядерной, радиационной и экологической безопасности

Цель, которую ставит перед  собой настоящая Концепция, является общественное содействие обеспечению  защищенности настоящего и будущих  поколений, природных систем, жизненно важных интересов общества и прав личности от угроз, возникающих в  результате техногенных воздействий  на окружающую среду как от промышленности в целом, так и от атомной ее отрасли в частности.

Основные задачи:

- снижение антропогенного воздействия, ведущего к изменению состояния ядерной, радиационной и экологической безопасности;

- сокращение объемов накопления радиоактивных отходов;

- реабилитация зон ядерного наследия (и, в первую очередь, полигонов испытания ядерного оружия, объектов ядерных взрывов в мирных целях);

- предупреждение радиоактивного загрязнения природными радионуклидами объектов добычи природных ископаемых;

- сокращение объемов накопления радиоактивных отходов

- предупреждение чрезвычайных ситуаций техногенного характера, повышение уровня готовности ведомственных и территориальных органов чрезвычайного реагирования к ликвидации последствий крупных аварий.

Решение поставленных задач  достигается путем:

- совершенствования и систематизации законодательства РФ, экономических механизмов, государственного регулирования, государственного и общественного мониторинга;

- оптимизации разрешительной системы и независимой экспертизы;

- развития научно-исследовательских работ в области обеспечения ядерной, радиационной и экологической безопасности, экологической статистики, образования, пропаганды и участия общественности в вопросах обеспечения ядерной, радиационной и экологической безопасности;

- обеспечения медицинской и социальной защиты граждан, пострадавших вследствие радиационных аварий;

- совершенствования национальной системы чрезвычайного реагирования на крупные аварии радиационного характера;

- формирование информационного поля по освещению проблем ядерной, радиационной и экологической безопасности в интересах устойчивого развития государства и общества;

- расширения международного сотрудничества в области общественного содействия решению проблем ядерной, радиационной и экологической безопасности.

4.1 Основные принципы обеспечения

Безопасное развитие с  точки зрения ядерной, радиационной и экологической безопасности базируется на следующих принципах:

- системный подход к регулированию всех общественных отношений для устойчивого развития государства путем внедрения научно обоснованного комплекса ограничений, нормативов и правил ведения хозяйственной и иной деятельности, определяющих допустимые пределы использования природных ресурсов и обеспечивающих сбалансированное управление качеством окружающей среды;

- подчиненность региональных и локальных задач ядерной, радиационной и экологической безопасности глобальным и национальным целям предупреждения экологических угроз;

- обязательность компенсации нанесенного ущерба окружающей среде и здоровью человека;

- эколого-экономическая сбалансированность развития и размещения производственных сил (принципы экологической емкости и территориального планирования);

- обязательность оценки воздействия хозяйственной и иной деятельности на окружающую среду с последующими экспертизами;

- обеспечение доступа населения к достоверной информации о состоянии ядерной, радиационной и экологической безопасности и его участия в решении экологических проблем;

- партнерство в международном сотрудничестве и соблюдение норм международного права.

Заключение

Во всех учреждениях, где  проводятся работы с применением радиоактивных веществ и других источников ионизирующих излучений, службой радиационной безопасности (СРВ) осуществляется радиационный контроль, цель которого — следить за соблюдением норм радиационной безопасности (НРБ), выполнением санитарных правил и получать информацию о дозах облучения персонала и отдельных лиц из населения на территории наблюдаемой зоны. СРВ в зависимости от характера работ осуществляет контроль: за мощностью дозы всех видов ионизирующего излучения (за исключением ультрафиолетового) на рабочих местах, в смежных помещениях, в санитарно-защитной зоне и на территории наблюдаемой зоны; за уровнем загрязнения радиоактивными веществами рабочих помещений, одежды и кожного покрова персонала, объектов внешней среды за пределами учреждения; за сбором и удалением твёрдых и жидких радиоактивных отходов; за выбросом РВ в атмосферу; за уровнем облучения персонала и отдельных лиц из населения на территории наблюдаемой зоны. В зависимости от характера работ индивидуальный контроль включает измерение доз внешнего b-излучения, нейтронов, рентгеновского и g-излучений, а также контроль за содержанием РВ в организме или в отдельном органе.