Лекція № 9. Фактори опромінення населення
Як правило, в навколишньому середовищі зустрічаються тільки два типи ядерних перетворень: альфа (α) і бета (β). Гамма-випромінювання супроводжує кожен з цих типів розпаду. Ядерні перетворення елементів з випусканням нейтронів або протонів (наприклад, спонтанне ділення), рідкісний випадок для Земної поверхні. Вклад таких реакцій в природний радіаційний фон мізерно малий і їм нехтують. На Сонці або в надрах Землі нейтронне і протонне випромінювання - звичайний випадок - там йде реакція ядерного синтезу з великим виділенням енергії. Однак, на Земний поверхні ці реакції вже давно закінчилися. Альфа-і бета-активні ізотопи - відгомони подібних процесів в минулому.
Основні фактори природного опромінення:
1. вплив космічного випромінювання
2. радіоактивність порід та мінералів
3. газ радон.
Найбільший вплив на біоту складає газ радон, який утворюється при розпаді природного урану. Його внесок у річну сумарну дозу фонового опромінення, отримувану людиною, становить ~ 55%, внутрішнє опромінення природними радіонуклідами (40К, 232Th, 235U, 238U) додає 11%, вплив космічного випромінювання і космогенних радіонуклідів (3Н, 14С) - 8% і радіоактивність порід та мінералів - ще 8%. Частину ефективної еквівалентної дози ми отримуємо за рахунок використання радіоактивних ізотопів при різній медичній діагностиці (15%) і від впливу техногенних радіонуклідів (3%).
Космічне випромінювання
Це іонізуюче випромінювання, безперервно падаюче на поверхню Землі з світового простору (первинне космічне випромінювання), і утворюється в земній атмосфері в результаті взаємодії первинного космічного випромінювання з атомами повітря (вторинне космічне випромінювання).
Первинне космічне випромінювання утворюється внаслідок виверження і випаровування матерії з поверхні зірок і туманностей космічного простору. Воно складається в основному з ядер легких атомів: водню - протонів (79%), гелію - альфа-частинок (20%), літію, берилію, бору, вуглецю, азоту, кисню і інших елементів, більшість з яких володіють дуже високою енергією - в інтервалі 3 ... 15 ГеВ, а деякі - 1017 ... 1018 еВ. Такі великі енергії первинні космічні частинки отримують в результаті прискорення їх в змінних електромагнітних полях зірок, багаторазового прискорення в магнітних полях хмар космічного пилу міжзоряного простору. Однак лише деякі частинки досягають поверхні Землі, так як вони взаємодіють з атомами повітря, утворюючи потоки частинок вторинного космічного випромінювання. Тому основну масу космічних променів, що досягають поверхні Землі, становить вторинне космічне випромінювання.
Вторинне космічне випромінювання дуже складне і складається з усіх відомих у даний час елементарних частинок і випромінювань. Основну масу їх, що досягають рівня моря, складають: π ± - і μ ±-мезони (70%), електрони і позитрони (26%), первинні протони (0,05%), гамма-кванти, швидкі і надшвидкі нейтрони.
Крім того, під дією випромінювання в атмосфері з'являються додаткові радіоізотопи: 14С, 3Н, 7Ве, 10Ве.
При підйомі літака з висоти 4000 м до 12000 м рівень опромінення за рахунок космічних променів зростає приблизно в 25 разів.
Вклад космічного випромінювання в ефективну дозу зовнішнього опромінення населення 0,40 мЗв / рік.
|
Вклад космічного випромінювання в ефективну дозу зовнішнього опромінення населення 0,40 мЗв / рік.
|
Природно-радіоактивні елементи
Знаходяться природно-радіоактивні елементи в Земний корі переважно в уранових і торієвих рудах, і майже всі вони є ізотопами важких елементів з атомним номером більше 82. Ядра важких елементів нестійкі і зазнають багатократні послідовні ядерні перетворення. В результаті виникає цілий ланцюжок радіоактивних розпадів, в якій ізотопи виявляються генетично пов'язані між собою. Такий ланцюжок називається радіоактивним сімейством або рядом (Мал. 0.1).
В даний час відомо три природно-радіоактивних ряди:
1) урановий (Мал. 0.1.а). Вихідний елемент сімейства в результаті 14 послідовних радіоактивних перетворень переходить в стійкий ізотоп свинцю. Оскільки це сімейство включає в себе важливий радіоактивний елемент - радій, то воно часто позначається як сімейство урану-радію.
2) торієвий (Мал. 0.1.б). Родоначальник сімейства шляхом 10 послідовних перетворень переходить у стабільний ізотоп свинцю.
3) актіноурановий (Мал. 0.1.в). Родоначальником цього ряду є ізотоп урану, який раніше називали актіноураном ACU. Через 11 перетворень переходить у стабільний ізотоп свинцю. Через присутність серед членів ряду ізотопу актинію це сімейство іноді називають сімейством актинія або актинія, урану.
В кінці дев'ятнадцятого - початку двадцятого століть ще не мали повного уявлення про ізотопи, тому кожну речовину з новими фізико-хімічними властивостями вважали новим елементом і призначали їй своє ім'я. Цим пояснюється присутність власних імен у багатьох членів радіоактивних сімейств.
-
Передбачається, що зміст U і Th з наближенням до ядра Землі зменшується приблизно в 1000 разів.
-
В космічних тілах (кам'яних метеоритах, гірських породах Венери) виявляються приблизно з таким же вмістом, як і у відповідних породах земної кори. Місячні породи дещо збіднені в порівнянні з земними.
|
Середньосвітове значення ефективної дози внутрішнього опромінення за рахунок надходження довго живучих природних радіонуклідів уранового і торієвого рядів з продуктами харчування та питною водою складає 0,12 мЗв / рік.
| -
Середньосвітове значення ефективної дози внутрішнього опромінення за рахунок надходження довгоживучих природних радіонуклідів уранового і торієвого рядів з продуктами харчування та питною водою складає 0,12 мЗв / рік.
-
Протягом декількох десятків років, наприклад, глиноземи використовувалися в Швеції при виробництві бетону, із застосуванням якого було побудовано 350-700 тисяч будинків. Потім несподівано виявили, що глиноземи дуже радіоактивні. В середині 70-х років їх використання було різко скорочено, а потім вони зовсім перестали використовуватися в будівництві.
-
Кальцій-силікатний шлак - побічний продукт, одержуваний при переробці фосфорних руд і володіє, як з'ясувалося, досить високою питомою радіоактивністю, - використовувався в якості компонента бетону та інших будівельних матеріалів в Північній Америці (шт. Айдахо і Флорида) і в Канаді.
-
Фосфогіпс - ще один побічний продукт, що утворюється при іншій технології переробки фосфорних руд, - широко застосовувався при виготовленні будівельних блоків, сухої штукатурки, перегородок і цементу. Він дешевше природного гіпсу, і його використання віталося захисниками навколишнього середовища, оскільки фосфогіпс відноситься до розряду промислових відходів і, таким чином, його використання допомагає зберегти природні ресурси та зменшити забруднення навколишнього середовища. В одній тільки Японії в 1974 році будівельна промисловість витратила 3 млн. тонн цього матеріалу. Однак фосфогіпс володіє набагато більшою питомої радіоактивністю, ніж природний гіпс, і, люди, що живуть в будинках, побудованих з його застосуванням, піддаються опроміненню, на 30% більше, ніж мешканці інших будинків. Згідно деяким оцінками, очікувана колективна ефективна еквівалентна доза опромінення в результаті застосування цього матеріалу складає ~ 300 000 чел-Зв.
-
Відомі випадки застосування в будівництві навіть відходів уранових рудників. У 1952-1966 роках порожня порода з відвалів збагачувальних фабрик (урановий концентрат) використовувалася в якості будівельного матеріалу і для засипки будівельних площадок під будинки, особливо в місті Гранд-Джанкшен (шт. Колорадо). У канадському місті Порт-Хоп (провінція Онтаріо) для будівельних цілей використано відходи, що залишаються після витягування радію з руди. В обох випадках довелося втрутитися уряду і залучити винних до судової відповідальності за шкоду, заподіяну здоров'ю людей, які зазнали нічим не виправданого опромінення.
-
В деяких випадках будинки зводилися прямо на старих відвалах гірничодобувних підприємств, що містять радіоактивні матеріали. Так, в США (шт. Колорадо) будинок виявився побудованим на відходах уранових рудників, у Швеції - на відходах переробки глинозему, в Австралії - на відходах, що залишилися після виробництва радію, у Флориді - на місцях після видобутку фосфатів. Але навіть і в менш екзотичних випадках просочений крізь підлогу радон представляє собою головне джерело радіоактивного опромінення населення в закритих приміщеннях.
Крім радіоактивних сімейств в природі існують поодинокі радіонукліди, які, розпадаючись, відразу дають стійкі атоми (Таблиця 0.1):
Таблиця 0.1. Одиночні природні радіонукліди.
Нуклід
|
Тип перетворення
|
Масова частка радіонукліда від всіх ізотопів даного елемента,%
|
Період напіврозпаду, років
|
Продукти розпаду
|
 K
|
β–
|
0,012
|
1,484·109
|
 Ca
|
К-захват
|
 Ar
|
 Rb
|
β–
|
27,85
|
4,88·1010
|
 Sr
|
 In
|
β–
|
95,77
|
5,1·1015
|
 Sn
|
 Sn
|
2β–
|
6,11
|
1,5·1017
|
 Te
|
 La
|
β–
|
0,089
|
1,35·1011
|
 Ce
|
К-захват
|
 Ba
|
 Nd
|
β–
|
5,62
|
1016
|
 Pm
|
 Sm
|
α
|
15,07
|
1,08·1011
|
 Nd
|
 Lu
|
β–
|
2,59
|
3,6·1010
|
 Hf
|
К-захват
|
 Yb
|
 Re
|
β–
|
62,93
|
5·1010
|
 Os
|
|
В організмі людини масою 70 кг знаходиться в середньому К-140 г, U - 2∙10-5 г; Ra-10-10 г.
Внутрішнє опромінення за рахунок 40К 0,17 мЗв / рік.
|
Неподалік від міста Посус-ді-Калдас в Бразилії, розташованого в 200 км на північ від Сан-Паулу, є невелика височина. Як виявилося, тут рівень радіації в 800 разів перевершує середній і досягає 250 мЗв / рік. З якихось причин височина виявилася непридатною. Однак лише трохи менші рівні радіації були зареєстровані на морському курорті, розташованому в 600 км на схід від цієї височини.
Гуарапарі - невелике місто з населенням 12 000 чоловік - щоліта стає місцем відпочинку приблизно 30 000 курортників. На окремих ділянках його пляжів зареєстрований рівень радіації 175 мЗв / рік. Радіація на вулицях міста виявилася набагато нижче - від 8 до 15 мЗв / рік, - але все ж значно перевищувала середній рівень. Схожа ситуація спостерігається в рибацькому селі Меаіпе, що розташоване в 50 км на південь від Гуарапари. Обидва населених пункти стоять на пісках, багатих торієм.
В іншій частині світу, на південному заході Індії, 70 000 людей живуть на вузькій прибережній смузі довжиною 55 км, уздовж якої також тягнуться піски, багаті торієм. Дослідження, що охопили 8513 чоловік з числа проживаючих на цій території, показали, що дана група осіб одержує в середньому 3,8 мЗв / рік на людину. З них понад 500 людей отримують понад 8,7 мЗв / рік. Близько шістдесяти отримують річну дозу, що перевищує 17 мЗв / рік, що в 50 разів більше середньої річної дози зовнішнього опромінення від земних джерел радіації.
Ці території в Бразилії й Індії є найбільш добре вивченими «гарячими точками» нашої планети. Але в Ірані, наприклад в районі містечка Рамсер, де є джерела, багаті радієм, були зареєстровані рівні радіації до 400 мЗв / рік. Відомі й інші місця на земній кулі з високим рівнем радіації, наприклад у Франції, Нігерії, на Мадагаскарі.
 Рис. 0.1. Схеми радіоактивних перетворень в урановому (а), торієвому (б) і актіноурановому (в) рядах.
Поділіться з Вашими друзьями: |
