Радиационная безопасность

Радиационная безопасность
Общие положения
1. Все источники ионизирующих излучений можно разделить на три группы:
-природные, существующие с момента образования планеты. К ним относятся
космическое
излучение и естественно-радиоактивные нуклиды (ЕРН), содержащиеся в земной коре и
объектах окружающей среды;
-техногенные. Это источники, образующиеся за счет локального изменения
распределения естественных источников радиации, что приводит к изменению уровня
радиационного воздействия в отдельных регионах или при определенных условиях
жизнедеятельности;
-антропогенные. Источники радиации, созданные человеком. Это рентгеновские
аппараты, ускорители, ядерные реакторы, термоядерные установки, искусственнорадиоактивные радионуклиды.
2. Радиационный фон среды обитания человека складывается из трех составляющих:
- излучений, обусловленных космическим излучением;
-излучений от рассеянных в земной коре, почве, воздухе, воде, и других объектах
окружающей среды естественных радионуклидов;
-излучений от искусственных радионуклидов и других техногенных источников
радиации.
Первые две составляющие, определяют естественный радиационный фон. Так же
выделяют так называемый технологически измененный естественный радиационный фон,
который определяется излучением от естественных источников ионизирующего излучения.
Причинами такого измененного фона могут являться выбросы тепловых электростанций,
концентрирование радона, строительная индустрия, полеты на самолете и т.п.
Естественные источники ионизирующих излучений.
3. Радионуклиды природного происхождения содержатся в объектах окружающей
среды, излучение которых создает естественный радиационный фон. В результате
производственной деятельности человека (добычи и переработки минерального сырья,
строительства и пр.) происходит перераспределение природных радионуклидов в объектах
среды обитания людей и окружающей среде и, соответственно, техногенное изменение
радиационного фона.
4.
Основными источниками излучения земного происхождения являются
радионуклиды, присутствующие в различных природных средах и объектах окружающей
среды с момента образования Земли. К ним относятся две группы естественных
радионуклидов: первая это 32 радионуклида - продукты распада урана и тория (уранрадиевый ряд - родоначальник 238U, ториевый ряд - родоначальник 232Тп, актиниевый ряд родоначальник 235U), вторая это 11 долгоживущих радионуклидов находящихся вне этих
семейств (40К, 48Са, 87Rb, 96Zr, l38La, 142Ce, 144Nd, 149Nd, 147Sm, 176Lu).
Из второй группы радионуклидов лишь калий-40 играет заметную роль в облучении
человека. Его период полураспада равен 1,3*109 лет. В природном калии содержится 0,01%
радиоактивного калия-40 и это соотношение постоянно везде, где бы калий не встречался.
Внешнее гамма-облучение человека от земных радионуклидов обусловлено их
присутствием в различных природных средах (почве, приземном воздухе, гидросфере,
биосфере). Мощность дозы, обусловленная внешним облучением за счет радионуклидов
земного происхождения, составляет приблизительно 0,38 мЗв/год. Однако эта величина может
4
существенно колебаться в зависимости от регионов Земли, где различие в содержании урана и
тория в почве может приводить к существенному (в десятки раз) большему значению
поглощенной дозы по сравнению со средним значением.
Эквивалентная доза внутреннего облучения человека за счет естественных
радионуклидов попадающих в организм с воздухом, пищей и водой в основном формируется
следующими радионуклидами 40К, I4C, 87Rb, 216Ро, 226Ra. а также 222Rn и 220Rn и оценивается в
1,5 мЗв/год.
Технологически измененный естественный радиационный фон и техногенные
источники излучений.
Рассмотренные выше источники радиоактивного излучения сформировались в течение
эволюции Земли и их распределение хотя и не однородно в окружающей среде, но в основном
постоянно для каждого конкретного региона. В процессе жизнедеятельности человека
возможно перераспределение этих источников в природе и формирование технологически
измененного естественного радиационного фона, когда их концентрация может многократно
возрастать и представлять опасность целым группам населения.
Одним из существенных источников, созданных нерациональной деятельностью
человека, является индустрия строительных материалов. Привлечение для их изготовления
отходов различных промышленных производств привело в раде случаев к увеличению
радиационного фона в зданиях. Традиционные строительные материалы - дерево, кирпич,
бетон обладают сравнительно низкой активностью. Принято считать, что вклад в годовую
эквивалентную дозу за счет строительных материалов в среднем для населения Земли
составляет от 0,5 до 1,5 мЗв на человека.
Как правило, основным источником активности в строительных материалах являются
радионуклиды земного происхождения. При этом значительную дозу облучения человек
получает с вдыхаемым воздухом за счет таких радионуклидов как: радон -222 и радон -220 При этом вклад радона-222 в эффективную эквивалентную дозу почти в 20 раз выше, чем
радона - 220. Сравнительно недавно выяснилось, что именно радон ответственен за большую
часть эквивалентной дозы, получаемой человеком за год от всех естественных источников
ионизирующих излучений.
Основная ее составляющая обусловлена вдыханием этого газа особенно в
непроветриваемых помещениях (для альфа-излучения коэффициент качества равен 20 именно
за счет поражения легочной ткани).
По
оценке НКДАР (Научный комитет по действию атомной радиации ООН)
воздействие радона и его дочерних продуктов распада (ДПР) обуславливает от 50% до 75%
годовой индивидуальной эквивалентной дозы облучения, получаемой населением от
естественных источников ионизирующего излучения. По данным Международной комиссии
по радиационной защите (МКРЗ) суммарная индивидуальная доза облучения, обусловленная
природными источниками ионизирующего излучения и, в первую очередь, радоном и его
ДПР, может превышать не только предел дозы, регламентированной для ограниченной части
населения (5 мЗв/год), но и предельно допустимую дозу (50 мЗв/год) для профессионалов,
непосредственно работающих с источниками ионизирующих излучений. По оценкам
экспертов МКРЗ облучение населения за счет радона и его ДПР обуславливает до 20% общего
количества заболеваний раком легких (вторая по значимости причина после курения, которое
определяет около 70% случаев).
Радон
находится в восьмой группе периодической таблицы химических элементов
и представляет собой инертный, благородный одноатомный газ не имеющий вкуса и запаха (в
4
7,5 раза тяжелее воздуха). Радон растворим в воде, но при кипячении полностью из нее
удаляется.
Характерная особенность изотопов Rn - способность создавать на соприкасающихся с
ними телах радиоактивный осадок, состоящий из дочерних продуктов радиоактивного
распада радона - короткоживущих и долгоживущих изотопов полония, свинца, висмута.
Образующиеся в результате распада радона в воздухе его ДПР тут же прикрепляются к
микроскопическим пылинкам-аэрозолям. Поверхность легких у человека составляет
несколько десятков квадратных метров. Поэтому легкие - хороший фильтр, осаждающий эти
радиоактивные аэрозоли. ДПР радона "обстреливают" альфа и бета- частицами поверхность
легких и обусловливают свыше 97 процентов дозы, связанной с радоном. Таким образом,
большая часть облучения исходит от дочерних продуктов распада радона. Основной медикобиологический эффект облучения от радона и его ДПР - рак легких. Концентрацию радона в
воздухе определяют по его активности в кубическом метре - Bk/mj.
Человек большую часть своей жизни (около 80% времени) проводит в помещениях
(жилье, рабочие места), полагают, что среднегодовая концентрация радона в них в 20 Бк/м 3
формирует индивидуальную дозовую нагрузку 1 мЗв/год.
Изотопы радона и продукты их распада широко распространены в природе. Они
содержатся в горных породах, воде, воздухе, природном газе, нефти и т.д., поэтом
целесообразно выделить из этих объектов те источники радона, которые оказывают
непосредственное или потенциальное воздействие на организм человека - это почва и горные
породы, строительные материалы, воздух и вода.
Почва и горные породы являются как непосредственным источником радона, так и
природными материалами, которые используются в строительстве (песок, глина, гранит, ил).
Радионуклиды, возглавляющие радиоактивные семейства, широко распространены в породах
и минералах природного происхождения, хотя и в малых концентрациях (средние значения
для b8U - 33 Бк/кг, для 232Th - 34 Бк/кг). Образующиеся при их распаде радон через трещины и
поры в породах земной поверхности и строительных изделиях непрерывно поступают в
атмосферный воздух, в жилые и рабочие помещения.
Установлено, что поступление радона в воздух помещений и сооружений в основном
связано с геологическим пространством территории застройки.
Высокие концентрации радона в почвенном воздухе образуются: при неглубоком
залегании гранитных пород и хорошо проницаемых осадочных отложений, перекрывающих
их;
® в зонах тектонических нарушений, проникающих в осадочный чехол и являющихся
путями миграции радона;
• в зонах палеоврезов, заполненных хорошо проницаемыми песчано-гравийными
отложениями, при неглубоко залегающих гранитных породах фундамента;
в зонах развития моренных радоногенерирующих отложений.
Средняя
концентрация радона на открытом воздухе зависит от высоты,
географической широты, температуры, силы ветра, атмосферного давления и существенно
различается для разных точек земного шара. Влияние на концентрацию радона в атмосфере
также оказывает удаленность от суши. Средняя концентрация Rn в воздухе над поверхностью
суши составляет 3-5 Бк/м3, а над поверхностью океана существенно меньше.
Среднесуточные значения концентрации Rn в воздухе зимой в 3—4 раза ниже, чем
летом и осенью. В ходе годовых изменений концентрации Rn максимум обнаружен в летнее
время и минимум - зимой.
Стоячий и запыленный воздух сохраняет активность, ветер очищает атмосферу. При
измерении концентрации Rn в городе и сельской местности существенной разницы не
обнаружено.
4
В помещения радон поступает следующими путями:
- проникновением из почвогрунтов через фундамент и перекрытия подвальных
помещений здания;
- за счет эксхаляции (выделения) из строительных материалов и изделий, из которых
построено здание;
- с водопроводной водой и бытовым газом;
- за счет воздухообмена с атмосферным воздухом.
Считается, что наиболее существенными источниками радона в помещениях являются
его проникновение из почвогрунтов и строительных материалов, используемых при
строительстве домов, зданий и т.д.
Во многих странах обнаружено, что в жилых домах, построенных из материалов,
которые содержат повышенные концентрации естественных радионуклидов (ЕРН),
концентрации радона (Rn) достигают значительных уровней, а среднегодовая доза облучения
легких человека в результате вдыхания радона и его дочерних продуктов может составить
несколько миллизиверт.
Человек повсюду контактирует с радоном, но, прежде всего, в жилых помещениях и
зданиях. Поступая внутрь помещения тем или иным путем, радон накапливается. В результате
в помещении могут возникнуть довольно высокие уровни концентрации радона, особенно
если дом стоит на грунте с относительно высоким содержанием естественных радионуклидов
или если при его постройке использовали материалы с повышенной естественной
радиоактивностью.
Таблица 2
Сопоставление мощности различных источников радона в типичном доме
Источник радона
Мощность, кБк сутки
Природный газ
Вода
Воздух
Стройматериалы и грунт под зданием
31
4
10
60
Концентрации радона в верхних этажах многоэтажных домов, как правило, ниже, чем на
первом этаже. Исследования, проведенные в Норвегии, показали, что
концентрация радона в деревянных домах даже выше, чем в кирпичных, хотя дерево
выделяет совершенно ничтожное количество радона по сравнению с другими материалами.
Это объясняется тем, что деревянные дома, как правило, имеют меньше этажей, чем
кирпичные, и, следовательно, комнаты, в которых проводились измерения, находились ближе
к земле - основному источнику радона.
В воздухе помещений большинства зданий среднегодовые концентрации радона и его
дочерних продуктов не превышают 40 Бк/м³ и только в 1-1,5 процентах домов эти
концентрации могут быть более 100 Бк/м3. Встречаются, однако, случаи исключительно
высокого содержания радона в жилых помещениях - до 1000 Бк/м-3 и даже больше, но число
таких случаев в разных странах незначительно - 0,01-0,1 процент от общего количества
обследованных домов.
4
Скорость проникновения исходящего из земли радона в помещении фактически
определяется толщиной и целостностью (т.е. количеством трещин и микротрещин)
межэтажных перекрытий. Этот вывод подтвердился при инспекции домов, построенных на
регенерированных после добычи фосфатов землях во Флориде. А в Чикаго, например, в
домах, стоящих прямо на земле, с земляными подвалами, были зарегистрированы
концентрации радона, в сто раз превышающие его средний уровень в наружном воздухе, хотя
удельная
радиоактивность
грунта
была самая обычная.
Ш
□ Рис.1 Способы проникновения радона в дом.
.
.
.
.
.
.
.
1
2
3
4
5
6
7
Через щели в монолитных полах.
Через монтажные соединения.
Через трещины в стенах под землей.
Через промежутки в сборных полах.
Через трещины в стенах.
Через промежутки вокруг труб.
Через полости стен.
Еще один, как правило, менее важный, источник поступления радона в жилые
помещения представляют собой вода и природный газ. Концентрация радона в обычно
используемой воде чрезвычайно мала, но вода из некоторых источников, особенно из
глубоких колодцев или артезианских скважин, содержит много радона. Наибольшая
зарегистрированная удельная радиоактивность воды в системах водоснабжения составляет 100
млн. Бк/м3, наименьшая равна нулю. По оценкам НКДАР ООН, среди
всего населения Земли менее 1% жителей потребляет воду с удельной
радиоактивностью более 1 млн. Бк/м3 и около 10% пьют воду с концентрацией радона,
превышающей 100 000Бк/м3.
Однако основная опасность исходит вовсе не от питья воды, даже при высоком
содержании в ней радона. Обычно люди потребляют большую часть воды в составе пищи и в
виде горячих напитков (кофе, чай). При кипячении воды радон быстро улетучивается и
поэтому поступает в организм в основном с некипяченой водой. Но даже в этом случае радон
быстро выводится из организма.
4
Радон проникает также в природный газ под землей. В результате предварительной
переработки и в процессе хранения газа перед поступлением его к потребителю большая часть
радона распадается и улетучивается, но концентрация радона в помещении может заметно
возрасти, если кухонные плиты, отопительные и другие нагревательные устройства, в
которых сжигается газ, не снабжены вытяжкой. При наличии вытяжки, которая сообщается с
наружным воздухом, пользование газом практически не влияет на концентрацию радона в
помещении. Учитывая время и протяженность транспортировки природного газа, проблема
радона в природном газе после длительной транспортировки для нас представляется
неактуальной.
4