Radioaktywność - jakie jest to zjawisko? Rodzaje radioaktywności

Promieniowanie istniało na długo przed pojawieniem się człowieka i towarzyszyło mu od urodzenia do śmierci. Żaden z naszych zmysłów nie jest w stanie rozpoznać promieniowania krótkofalowego. Aby ją zidentyfikować, człowiek musiał wymyślić specjalne urządzenia, bez których nie można byłoby ocenić poziomu promieniowania ani niebezpieczeństwa, jakie niesie ono.

Historia badań radioaktywności

Całe życie na naszej planecie powstało, rozwinęło się i istnieje w warunkach, które czasami są dalekie od sprzyjających. Zmiany temperatury, opady, ruch powietrza, zmiany ciśnienia atmosferycznego, naprzemienność dnia i nocy oraz inne czynniki wpływają na żywe organizmy. Wśród nich szczególne miejsce zajmuje promieniowanie jonizujące generowane przez 25 naturalnych pierwiastki promieniotwórcze takie jak uran, rad, radon, tor, itp. Naturalna radioaktywność to cząsteczki przelatujące przez atmosferę ze Słońca i gwiazd Galaktyki. Są to dwa źródła promieniowania jonizującego wszystkich żyjących i nieżyjących.

Promieniowanie rentgenowskie lub γ jest falą elektromagnetyczną o wysokiej częstotliwości i wyjątkowo wysokiej energii. Wszystkie rodzaje promieniowania jonizującego powodują jonizację i zmianę napromieniowanych obiektów. Uważa się, że całe życie na Ziemi dostosowało się do działania promieniowania jonizującego i nie reaguje na nie. Istnieje nawet hipoteza, że ​​naturalna radioaktywność jest motorem ewolucji, dzięki której powstała tak duża liczba gatunków, różnorodność form i sposobów życia organizmów, ponieważ mutacje to nic innego jak pojawienie się nowych cech organizmu, które mogą prowadzić do zupełnie nowego typu. .

W ciągu XVIII-XIX wieku, a zwłaszcza teraz, naturalne tło promieniowania na Ziemi wzrastało i nadal wzrasta. Powodem była postępująca industrializacja wszystkich krajów rozwiniętych, w wyniku czego, wraz ze wzrostem produkcji rud metali, węgla, ropy, materiałów budowlanych, nawozów i innych minerałów, różne minerały zawierające naturalne pierwiastki promieniotwórcze są dostarczane na powierzchnię w dużych ilościach. Podczas spalania mineralnych źródeł energii, zwłaszcza takich jak węgiel, torf, łupek naftowy, wiele różnych substancji, w tym radioaktywnych, wchodzi w atmosferę. W połowie XX wieku odkryto sztuczną radioaktywność. Doprowadziło to do stworzenia bomby atomowej w Stanach Zjednoczonych, a następnie w innych krajach, a także rozwoju energii jądrowej. Podczas eksplozje atomowe Działanie elektrowni jądrowej (szczególnie w razie wypadków), w otoczeniu, oprócz stałego tła naturalnego, gromadzi się sztuczna radioaktywność. Prowadzi to do pojawienia się ognisk i dużych obszarów o wysokim poziomie radioaktywności.

Co to jest radioaktywność, kto odkrył to zjawisko?

Radioaktywność odkrył w 1896 r. Fizyk A. A. Becquerel z Francji. Stwierdził, że głównym źródłem promieniowania jest promieniowanie gamma ze względu na jego dużą penetrację. Radioaktywność to promieniowanie, na które człowiek jest stale narażony w wyniku narażenia na naturalne źródła promieniowania (promieniowanie kosmiczne i słoneczne, promieniowanie ziemskie). Nazywa się to naturalnym tłem promieniowania. Zawsze istniało: od momentu powstania naszej planety do teraźniejszości. Osoba, jak każdy inny organizm, jest stale pod wpływem naturalnego promieniowania tła. Według Komitetu Naukowego ONZ ds. Wpływu Promieniowania Atomowego (NCDAR), narażenie ludzi na promieniowanie spowodowane naturalnymi źródłami radioaktywności stanowi około 83% całkowitego promieniowania otrzymanego przez ludzi. Pozostałe 17% spowodowane jest przez sztuczne źródła radioaktywności. Odkrycie i praktyczne zastosowanie energii jądrowej spowodowało wiele problemów. Każdego roku rozszerza się sfera kontaktów między ludzkością a wszystkimi żywymi istotami za pomocą promieniowania jonizującego. Już dziś z powodu zanieczyszczenie gleby a atmosfera zawierająca promieniotwórcze produkty energii atomowej i eksperymentalne wybuchy jądrowe, duży zasięg radioterapii i diagnostyki medycznej, wykorzystanie nowych materiałów budowlanych, ciśnienie promieniowania wzrosło ponad dwukrotnie.

Rodzaje radioaktywności

Sztuczna i naturalna radioaktywność działa na osobę, która otrzymuje maksymalne dawki. Jest to proces, który aktywuje badanie biologicznych skutków promieniowania przez coraz szerszy krąg ludzi. Każda osoba powinna wiedzieć, jaki jest związek między dawką promieniowania ekspozycji (DER) a równoważną dawką promieniowania, która ma kluczowe znaczenie dla oceny szkód wyrządzonych ludziom przez promieniowanie.

Cząsteczki β mają energię od około 0,01 do 2,3 MeV, poruszają się z prędkość światła. Na ich drodze tworzą średnio 50 par jonów na cm ścieżki i nie zużywają swojej energii tak szybko, jak cząstki α. Aby opóźnić promieniowanie β, wymagany jest metal o grubości co najmniej 3 mm.

Naturalną radioaktywnością substancji jest uwalnianie cząstek α ​​przez jądra komórkowe i energia od 4 do 9 MeV. Wyrzucane z jąder o wysokiej prędkości początkowej (do 20 000 km / s), cząsteczki α zużywają energię na jonizację atomów materii znajdujących się na ich drodze (średnio 50 000 par jonów na 1 cm drogi) i zatrzymują się.

Promieniowanie γ należy do promieniowania elektromagnetycznego o długości fali mniejszej niż 0,01 nm, energia kwantu γ zmienia się od około 0,02 do 2,6 MeV. Fotony promieniowania γ są pochłaniane w jednym lub kilku aktach interakcji z atomami materii. Wtórne elektrony jonizują atomy środowiska. Częściowe promieniowanie gamma jest opóźnione jedynie grubym ołowiem (o grubości ponad 200 mm) lub betonem.

Zjawisko radioaktywności jest promieniowaniem, któremu towarzyszy uwalnianie różnych ilości energii i posiadające różną siłę przenikania, dzięki czemu mają one różny wpływ na organizmy i ekosystemy jako całość. W dozymetrii wykorzystują ilości, które ilościowo charakteryzują właściwości radioaktywne substancji i skutki powodowane przez promieniowanie: aktywność, dawka ekspozycji, pochłonięta dawka, równoważna dawka promieniowania. Odkrycie radioaktywności i możliwość sztucznej transformacji jąder przyczyniły się do rozwoju metod i technik pomiaru radioaktywności pierwiastków.

Choroba popromienna

Radioaktywność to promieniowanie, które powoduje chorobę popromienną. Istnieją chroniczne i ostre postaci tej choroby. Przewlekła choroba popromienna rozpoczyna się w wyniku długotrwałej ekspozycji organizmu na małe (od 1 mSv do 5 mSv dziennie) dawki promieniowania po akumulacji całkowitej dawki 0,7 ... 1,0 Sb. Ostra choroba popromienna jest spowodowana pojedynczą intensywną ekspozycją od dawki 1-2 Sv do ponad 6 Sb. Obliczenia równoważnej dawki promieniowania pokazują, że dawki, które osoba otrzymuje w normalnych warunkach w mieście, są na szczęście znacznie niższe niż te, które powodują chorobę popromienną.

Równoważna dawka powodowana przez promieniowanie naturalne wynosi od 0,44 do 1,75 mSv rocznie. Podczas diagnostyki medycznej (badania rentgenowskie, radioterapia itp.) Osoba otrzymuje około 1,4 mSv rocznie. Dodajemy, że w materiałach budowlanych (cegła, beton) w małych dawkach występują również elementy radioaktywne. W związku z tym dawka promieniowania wzrasta o kolejne 1,5 mSv w ciągu roku.

Do faktycznej oceny szkodliwości promieniowania wykorzystuje się takie cechy, jak ryzyko. Ryzyko jest zwykle rozumiane jako prawdopodobieństwo uszkodzenia zdrowia lub życia danej osoby w określonym czasie (zwykle w ciągu jednego roku kalendarzowego), obliczając ją przy użyciu wzoru na względną częstotliwość niebezpiecznego zdarzenia losowego w zestawie wszystkich możliwych zdarzeń. Głównym objawem uszkodzeń spowodowanych promieniowaniem radioaktywnym jest choroba osoby z rakiem.

Grupy radioaktywne

Radiotoksyczność jest własnością izotopów promieniotwórczych powodujących zmiany patologiczne, gdy wchodzą one do organizmu. Radiotoksyczność izotopów zależy od wielu ich cech i czynników, z których główne są następujące:

1) czas wejścia do ciała substancji radioaktywnych;
2) rodzaje promieniotwórczości;
3) schemat rozpadu promieniotwórczego w ciele;
4) średnia energia jednego aktu rozpadu;
5) rozmieszczenie substancji radioaktywnych w systemach i narządach;
6) droga wejścia do ciała substancji radioaktywnych;
7) czas spędzony w ciele radionuklidu;

Wszystkie radionuklidy jako potencjalne źródła ekspozycji wewnętrznej są podzielone na cztery grupy radiotoksyczności:

• grupa A - o szczególnie wysokiej radiotoksyczności, min. aktywność 1 kBq;
• grupa B - o wysokiej radiotoksyczności, minimalna aktywność nie większa niż 10 kBq;
• Grupa B - o średniej toksyczności, min. Aktywność nie większa niż 100 kBq;
• grupa G - o niskiej radiotoksyczności, min. aktywność nie większa niż 1000 kBq.

Zasady regulacji ekspozycji promieniotwórczej

W wyniku eksperymentów na zwierzętach i badania skutków narażenia człowieka na wybuchy jądrowe, wypadków w przedsiębiorstwach zajmujących się paliwem jądrowym, radioterapii nowotworów złośliwych, a także badań innych rodzajów radioaktywności, ustalono reakcję organizmu na ostre i chroniczne promieniowanie.

Niestochastyczne lub deterministyczne efekty są zależne od dawki i przejawiają się w napromieniowanym organizmie w stosunkowo krótkim czasie. Wraz ze wzrostem dawki promieniowania wzrasta stopień uszkodzenia narządów i tkanek - obserwuje się efekt gradacji.

Stochastyczne lub prawdopodobne (losowe) efekty przypisuje się odległym konsekwencjom narażenia na organizm. Na podstawie występowania efektów stochastycznych są powodowane przez mutacje naświetlania i inne zaburzenia w strukturach komórkowych. Występują zarówno w somatycznych (od łacińskich somatów - ciała), jak iw komórkach zarodkowych i prowadzą do powstawania nowotworów złośliwych w napromienionym organizmie, a także w potomstwie - anomalii rozwojowych i innych zaburzeń, które są dziedziczne (efekty genetyczne). Uważa się, że próg działania mutagennego promieniowania nie istnieje, a zatem nie ma całkowicie bezpiecznych dawek. Przy dodatkowym wpływie promieniowania jonizującego jako jednego z wielu czynników mutagenezy w dawce 1 cSv (1 rem), ryzyko wystąpienia nowotworów złośliwych wzrasta o 5%, a manifestacja wad genetycznych o 0,4%.

Ryzyko śmierci z dodatkowej ekspozycji na promieniowanie jonizujące w tak małych dawkach jest znacznie mniejsze niż ryzyko śmierci w najbezpieczniejszej produkcji. Ale tak jest, ponieważ obciążenie dawki na ludzkie ciało jest ściśle regulowane. Ta funkcja jest wykonywana zgodnie z normami bezpieczeństwa promieniowania.

NRBU-97 mają na celu zapobieganie występowaniu efektów deterministycznych (somatycznych) i ograniczanie występowania efektów stochastycznych na akceptowalnym poziomie. Przepisy dotyczące higieny radiacyjnej ustanowione przez NRBU-97 opierają się na następujących trzech zasadach ochrony:

• zasada uzasadnienia;
• zasada nieprzekroczenia;
• zasada optymalizacji.

Naturalna radioaktywność: poziomy, dawki, ryzyko

System ochrony radiologicznej obywateli, oparty na wynikach badań biomedycznych, jest krótko sformułowany w następujący sposób: stopień możliwego negatywnego wpływu promieniowania na zdrowie człowieka jest determinowany jedynie przez dawkę, niezależnie od tego, czy powstaje źródło promieniowania jonizującego, naturalne czy sztuczne. Technologicznie ulepszone źródła pochodzenia naturalnego są kontrolowanymi składnikami całkowitej dawki, a ich udział można zmniejszyć, podejmując odpowiednie działania. Na przykład dla radonu w powietrzu wewnętrznym i głównych dawek, które tworzą źródła, określone są dwie sytuacje narażenia: narażenie w budynkach już działających i nowe domy, które są oddawane do użytku.

Normy wymagają, aby równoważna równowaga działania radonu w powietrzu (EERO) dla obsługiwanych domów nie przekraczała 100 Bq / m3, co odpowiada wartości 250 Bq / m3 w okresie aktywności wolumetrycznej, która jest stosowana w większości krajów europejskich. Dla porównania, w nowych standardach bezpieczeństwa IAEA (BSS) poziom odniesienia dla radonu wynosi 300 Bq / m3.

W przypadku nowych domów, placówek opieki nad dziećmi i szpitali wartość ta wynosi 50 Bq / m3 (lub 125 Bq / m3 gazu radonowego). Pomiar radioaktywności radonu, zgodnie z NRBU-97, a także zgodnie z dokumentami prawnymi innych krajów świata, przeprowadzany jest wyłącznie metodami integralnymi. To wymaganie jest bardzo ważne, ponieważ poziom radonu w powietrzu jednego mieszkania lub domu może się zmieniać 100 razy w ciągu dnia.

Radon - 222

W toku badań przeprowadzonych w Rosji w ostatnich latach przeanalizowano strukturę i wielkość istniejących dawek promieniowania i ustalono, że główną substancją niebezpieczną dla ludności na terenie jest radioaktywność - to jest radon. Zawartość tej substancji w powietrzu można łatwo zmniejszyć, zwiększając wentylację pomieszczenia lub ograniczając przepływ gazu poprzez uszczelnienie przestrzeni piwnicy. Według departamentu higieny radiacyjnej, około 23% zasobów mieszkaniowych nie spełnia wymogów obecnych ram regulacyjnych dla zawartości radonu w powietrzu wewnętrznym. Jeżeli zasoby mieszkaniowe zostaną dostosowane do aktualnych standardów, straty mogą zostać zmniejszone o połowę.

Zastanówmy się, dlaczego radon jest tak szkodliwy? Radioaktywność to rozpad naturalnych radionuklidów z serii uranu, w których radon-222 przekształca się w gaz. Jednocześnie tworzy krótko istniejące produkty pochodne (DPR): polon, bizmut, ołów, które łącząc cząsteczki kurzu lub wilgoci tworzą radioaktywny aerozol. Znajdując się w płucach, ta mieszanina po krótkim okresie półtrwania DPR radonu-222 prowadzi do stosunkowo wysokich dawek promieniowania, co może powodować dodatkowe ryzyko raka płuc.

Zgodnie z badaniem zasobów mieszkaniowych poszczególnych regionów (28 000 domów) przez specjalistów z Instytutu Higieny i Ekologii Medycznej średnie średnie ważone indywidualne obszary dla poszczególnych obszarów radonu wynoszą 2,4 mSv / rok, dla ludności wiejskiej ta wartość jest prawie podwojona i wynosi 4,1 mSv / rok Dla poszczególnych regionów dawki radonu zmieniają się w dość szerokich granicach - od 1,2 mSv / rok do 4,3 mSv / rok, a indywidualne dawki populacji mogą przekraczać granice dawek dla specjalistów kategorii A (20 mSv / rok).

Jeśli oszacujemy śmiertelność z powodu raka płuca spowodowanego napromieniowaniem radonem-222 zgodnie z międzynarodowo przyjętymi metodami, to jest to około 6000 przypadków rocznie. Należy również pamiętać, że w ostatnich latach uzyskano wiedzę na temat wpływu radonu. Tak więc, według niektórych badań epidemiologicznych, ustalono, że radon może powodować białaczkę u dzieci. Według AS Evrarda związek między radonem a białaczką u dzieci ma wzrost o 20% na każde 100 Bq / m3. Według Raaschou-Nielsena wzrost ten wynosi ponad 34% na każde 100 Bq / m3.

Radioaktywność i żużle

We wszystkich krajach problem recyklingu i usuwania odpadów metalowych za pomocą promieniotwórczości jest bardzo poważny. Jest to również źródło promieniowania - nie tylko z wypadków, takich jak elektrownia atomowa w Czarnobylu, ale również z eksploatacji elektrowni jądrowych, gdzie stale dokonywana jest planowana wymiana jednostek. Jak radzić sobie ze starymi metalowymi zespołami i strukturami, które mają wysoką radioaktywność? Specjaliści z Instytutu Spawalnictwa Elektrycznego opracowali metodę łuku plazmowego w tyglu chłodzonym wodą, która zapewnia usuwanie metalu lub stopu z żużla, które są radioaktywne. To jest fizyka najbezpieczniejszego czyszczenia. Możesz użyć różnych kompozycji żużlowych o dużej zdolności asymilacyjnej. Ta metoda może nawet usunąć te radioaktywne pierwiastki, które znajdują się w pęknięciach i zagłębieniach powierzchni. Do cięcia odpadów metalowych przewiduje się cięcie plazmowe i eksplozję pod wodą, cięcie elektrohydrauliczne i uszczelnianie węzłów i struktur poddawanych cięciu. Te wysokowydajne technologie eliminują powstawanie pyłu podczas pracy, dlatego też zapobiegają zanieczyszczeniu środowiska. Koszt przetworzenia odpadów radioaktywnych w projekcie krajowym jest niższy niż kosztów zagranicznych deweloperów.

Podstawowe zasady ochrony przed szczelnymi źródłami promieniowania jonizującego

Zamknięte źródła promieniowania jonizującego powodują jedynie zewnętrzne promieniowanie ciała. Zasady ochrony mogą wynikać z takich podstawowych wzorców dystrybucji promieniowania i charakteru ich interakcji z substancją:

• dawka ekspozycji zewnętrznej jest proporcjonalna do czasu i intensywności ekspozycji na promieniowanie;
• intensywność promieniowania ze źródła jest wprost proporcjonalna do liczby cząstek lub kwantów lub cząstek;
• przechodzenie przez substancję, promieniowanie jest przez nią pochłaniane, a ich zakres zależy od gęstości tej substancji.

Podstawowe zasady ochrony przed ekspozycją zewnętrzną opierają się na:

a) ochrona w czasie;
b) ochrona ilości;
c) ekranowanie ekranu (ekranowanie źródeł materiałów);
d) ochrona na odległość (zwiększenie odległości do maksymalnej możliwej wartości).

Kompleks środków ochronnych powinien uwzględniać rodzaj promieniowania substancji radioaktywnych (cząsteczki α, β, kwanty γ). Ochrona przed promieniowaniem zewnętrznym przez cząstki α nie jest potrzebna, ponieważ ich przebieg w powietrzu wynosi 2,4-11 cm, aw wodzie i tkankach żywego organizmu - tylko 100 mikronów. Kombinezon całkowicie chroni przed nimi.

Zewnętrznie napromieniowane cząstki β wpływają na skórę i rogówkę oczu, aw dużych dawkach powodują suchość i oparzenia skóry, łamliwe paznokcie, katarakty. Gumowe rękawice, szklanki i ekrany służą do ochrony przed cząstkami β. W przypadku szczególnie silnych strumieni β-cząstek, należy zastosować dodatkowe ekrany w celu ochrony przed promieniowaniem rentgenowskim: fartuchy i rękawice z ołowiu, szkło z ołowiu, ekrany, pudełka i tym podobne.

Ochrona przed promieniowaniem γ zewnętrznym może być zapewniona przez skrócenie czasu bezpośredniej pracy ze źródłami, stosowanie osłon ochronnych, pochłanianie promieniowania, przez zwiększenie odległości od źródła.

Wyżej wymienione metody ochrony mogą być stosowane osobno lub w różnych kombinacjach, ale tak, aby dawki promieniowania zewnętrznego fotonów osób w kategorii A nie przekraczały 7 mR na dzień i 0,04 R na tydzień. Ochronę poprzez skrócenie czasu bezpośredniej pracy ze źródłami promieniowania fotonowego osiąga się dzięki szybkości manipulacji z lekiem, skracając czas pracy i tydzień pracy.