Александр Константинов.

Занимательная радиация. Всё, о чём вы хотели спросить: чем нас пугают, чего мы боимся, чего следует опасаться на самом деле, как снизить риски



скачать книгу бесплатно

Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав.

© OOO «СУПЕР Издательство» 2017

© Александр Константинов 2017

Предисловие

Сегодня о радиации не говорит и не пишет лишь ленивый. Сотни книг, тысячи статей, радио– и телепередач посвящены этой теме. Зачем понадобилась ещё одна книга? С чего автор вдруг решил, что она заинтересует читателей?

Дело тут вот в чём: большая часть книг и статей о радиации написана либо профессионалами для профессионалов, либо журналистами для населения. Первые книги – научные, для обычного человека не очень понятные. А популярные публикации часто грешат предвзятостью. Это либо ужастики, либо скрытая реклама каких-то средств «от радиации». Или наоборот – нечто благостно-успокаивающее. И в отсутствие базовых знаний мы вынуждены принимать на веру то, что предлагают.

Да, существуют учебники. Их взрослый человек читать не будет: скучно. И есть практические брошюры, предназначенные для пострадавших от радиационных аварий. К большинству из нас это не относится.

Целью автора было создание читабельной, лёгкой для понимания книги. Чтобы уйти от занудства учебного изложения, используется форма разоблачения мифов.

Книгу можно читать по-разному. Кого-то интересуют отдельные вопросы. Например, выводит ли спирт радионуклиды и если да, то чем закусывать? Тогда можно читать выборочно. А полная книга научит оценивать радиационную опасность реально, как есть на самом деле. В книге нет сложных формул, мало научных терминов, зато много примеров и рисунков.

Читатели вовсе не обязаны верить автору на слово. И если у кого-то появится желание проверить приведенные сведения, он сможет сделать это по литературным источникам. Ссылки на них приведены в тексте (номера в квадратных скобках), а перечень – в конце каждой главы. Этот перечень включает публикации, рассчитанные на читателей с разным уровнем подготовки.

Условные обозначения

АРМИР – автоматизированное рабочее место по оценке индивидуального риска

АЭС – атомная электростанция

Бк – беккерель

бэр – биологический эквивалент рентгена

ВАО – высокоактивные отходы

ВВЭР – водо-водяной энергетический реактор

ВУРС – Восточно-Уральский радиационный след

Гр – грей

ДДУ – детские дошкольные учреждения

ДПР – дочерние продукты распада радона

ЕРФ – естественный радиоактивный фон

Зв – зиверт

ИДК – индивидуальный дозиметрический контроль

Ки – кюри

ЛД – летальная доза

МКРЗ – Международная комиссия по радиологической защите

НКДАР ООН – Научный комитет ООН по действию атомной радиации

ОЛБ – острая лучевая болезнь

ОЯТ – отработавшее ядерное топливо

ПД – предел дозы облучения

ПДК – предельно допустимая концентрация

ПО – производственное объединение

Р – рентген

РАМН – Российская Академия медицинских наук

РБМК – реактор большой мощности канальный

РГМДР – Российский государственный медико-дозиметрический регистр

Росатом – Государственная корпорация по атомной энергии «Росатом»

РЩЖ – рак щитовидной железы

Т1/2 – период полураспада

твэл – тепловыделяющий элемент

ТЭС – тепловая электростанция

УрО РАН – Уральское отделение Российской Академии наук

ФГУП – Федеральное государственное унитарное предприятие

ХЛБ – хроническая лучевая болезнь

ЧАЭС – Чернобыльская атомная электростанция

чел. – Зв – человеко-зиверт

ЯТЦ – ядерный топливный цикл

Миф первый: радиацию изобрели атомщики, а её первые жертвы – жители Хиросимы и Нагасаки


На самом деле радиоактивность существовала всегда.

Люди испокон века жили в условиях так называемого естественного радиоактивного фона (ЕРФ). И всегда мы немного облучались: сверху, снизу и даже изнутри.

До земной поверхности доходит часть космических излучений; ещё мы облучаемся от тех радионуклидов, которые входят в состав Земли-матушки (горные породы содержат уран и торий). И даже в составе нашего тела есть радионуклиды природного происхождения. Другое дело, что до конца 19-го века о существовании радиации даже не подозревали. Но последствия переоблучения проявлялись уже давно.

Первую массовую гибель людей от радиации наблюдали аж в 16-м веке! Австрийские горняки, работавшие на свинцовых копях близ города Иоахимсталь (ныне чешский город Яхимов), умирали в возрасте 30–40 лет от таинственной «горной болезни», или «горняцкой чахотки». Смертность шахтёров в 50 раз превышала смертность остального населения, а местные женщины выходили замуж по нескольку раз.

В то время не знали, что свинцовые руды содержат ещё и уран, и поэтому выделяют радиоактивный радон. Лишь в 1879 году выяснили, что «горная болезнь» – это рак лёгких. А причину болезни установили ещё позже. Кстати, город Иоахимсталь знаменит не только этим. Именно в Иоахимстали чеканили деньги, которые имели хождение во всей Европе. Называли эту крупную серебряную монету – иоахимсталер, сокращенно талер. Позднее «талер» стали произносить как доллар.

А радиоактивность как явление была открыта в конце 19-го века. И скоро люди узнали: радиация может быть смертельно опасной. Уже в 1928 году был создан специальный Комитет по защите от рентгеновских лучей и радия, позднее реорганизованный в Международную комиссию по радиологической защите – МКРЗ (а вы говорите: «Хиросима»).

Первое время МКРЗ занималась проблемой облучённых медиков. Ведь в начале 20-го века многие врачи работали с рентгеновскими лучами. И почти весь их первый отряд погиб от онкологических заболеваний. В 1936 году в Гамбурге им открыли памятник (да-да, в гитлеровской Германии). На нём высечены 186 имён рентгенологов и радиологов всех наций – жертв переоблучения (а вы говорите: «Нагасаки») [1].

Да, в наше время массовые переоблучения чрезвычайно редки. Тем не менее в среднем мы получаем дозу в три-четыре раза больше, чем в стародавние времена. Позднее вы узнаете, что такое доза и насколько опасно такое увеличение. Пока же перечислим главные пути дополнительного облучения современного человека.

Во-первых, мы проходим рентгеновское обследование.



Во-вторых, сегодня мы живём не на открытом воздухе, а в помещениях. И в результате появляются два дополнительных источника облучения. Первый называют внешним облучением от строительных материалов: ведь бетон и кирпич всегда содержат немного урана и тория, а также радиоактивные продукты их распада. Поэтому в каждом килограмме бетона ежесекундно происходит 30–50 радиоактивных распадов, а в килограмме кирпича – 100–150 распадов. По-научному это называется так: «удельная активность бетона составляет 30–50, кирпича – 100–150 беккерелей на килограмм (Бк/кг)».

А второй, более мощный источник облучения, – внутренний, за счёт вдыхаемого радиоактивного радона, который накапливается внутри помещений.

В итоге мы получаем приличную добавку к природному фону. Итак, мы жили, живём и будем жить в радиоактивном мире.



Хорошо это или плохо? Пока примем как данность.

Литература

1. Ильин Л.А., Кириллов В.Ф., Коренков Ю.П. Радиационная гигиена: учебник. – М.: Медицина, 1999. – 384 с.

Миф второй: самый опасный радионуклид – стронций

Откуда взялась эта мрачная популярность радиоактивного стронция? Ведь в работающем ядерном реакторе образуется 374 искусственных радионуклида, из них одного стронция – 10 разных изотопов. Нет, подавай нам стронций не абы какой, а именно стронций-90.



Возможно, в головах читателей мелькает смутная мысль о таинственном периоде полураспада, о долгоживущих и короткоживущих радионуклидах? Что же, попробуем разобраться. Кстати, не пугайтесь слова радионуклид. Сегодня этим термином принято называть радиоактивные изотопы. Именно так – радионуклид, а не исковерканный «радионуклеид» или даже «радионуклеотид». Со взрыва первой атомной бомбы прошло 70 лет, и многие термины обновились. Сегодня вместо «атомный котёл» мы говорим: «ядерный реактор», вместо «радиоактивные лучи» – «ионизирующие излучения», ну, а вместо «радиоактивный изотоп» – «радионуклид».

Но вернемся к стронцию. И в самом деле, всенародная любовь к стронцию-90 связана с его периодом полураспада.

А кстати, что это такое: период полураспада? Дело в том, что радионуклиды тем и отличаются от стабильных изотопов, что их ядра неустойчивы, нестабильны. Рано или поздно они распадаются – это и называется радиоактивным распадом. При этом радионуклиды, превращаясь в другие изотопы, испускают эти самые ионизирующие излучения. Так вот, различные радионуклиды нестабильны в разной степени. Одни распадаются очень медленно, в течение сотен, тысяч, миллионов и даже миллиардов лет. Их называют долгоживущими радионуклидами. Например, все природные изотопы урана – долгоживущие. А есть короткоживущие радионуклиды, они распадаются быстро: в течение секунд, часов, суток, месяцев. Но радиоактивный распад всегда происходит по одному и тому же закону (рис. 2.1).

Сколько бы мы ни взяли радионуклида (тонну или миллиграмм), половина этого количества всегда распадается за одинаковый (для данного радионуклида) промежуток времени. Его-то и называют «периодом полураспада» и обозначают: Т1/2.

Повторим: этот временной промежуток уникален и неизменен для каждого радионуклида. Можно делать что угодно с тем же стронцием-90: нагревать, охлаждать, сжимать под давлением, облучать лазером, – всё равно половина любой порции стронция распадётся за 29,1 лет, половина оставшегося количества – ещё в течение 29,1 лет и так далее. Считается, что через 20 периодов полураспада радионуклид исчезает полностью.

Чем быстрее распадается радионуклид, тем он более радиоактивен, ведь каждый распад сопровождается выбросом одной порции ионизирующего излучения в виде альфа– или бета-частицы, иногда «в сопровождении» гамма-излучения («чистого» гамма-распада в природе не существует).

Но что значит «большая» или «маленькая» радиоактивность, в чём её измерить? Для этой цели используют понятие активность. Активность позволяет оценить интенсивность радиоактивного распада в цифрах. Если в секунду происходит один распад, говорят: «Активность радионуклида равна одному беккерелю (1 Бк)». А раньше использовали намного более крупную единицу – кюри: 1 Ки = 37 миллиардов Бк.

Конечно, сравнивать следует одинаковые количества разных радионуклидов, например 1 кг или 1 мг. Активность единицы массы радионуклида называют удельной активностью. Вот она-то, эта самая удельная активность, обратно пропорциональна периоду полураспада данного радионуклида (так, надо передохнуть).

Давайте сравним эти характеристики для самых известных радионуклидов (таблица 2.1).

Так почему же всё-таки стронций-90? Вроде бы ничем особенным не выделяется – так, серединка на половинку. И как раз в этом всё дело!

Сначала попробуем ответить на один (сразу предупреждаю) провокационный вопрос. Какие радионуклиды опаснее: короткоживущие или долгоживущие? Так, мнения разделились.


Рис. 2.1 Закон радиоактивного распада


С одной стороны, опаснее короткоживущие: они более активны. А с другой стороны, после быстрого распада «коротышей» проблема радиации исчезает.

Кто постарше, помнит: сразу после чернобыльской аварии больше всего шума было вокруг радиоактивного йода. Короткоживущий йод-131 подорвал здоровье многих чернобыльцев. Зато сегодня с этим радионуклидом проблем нет. Уже через полгода после аварии выброшенный из реактора йод-131 распался, даже следа не осталось.

Теперь о долгоживущих изотопах. Их период полураспада может составлять миллионы и миллиарды лет. Такие нуклиды малоактивны. Поэтому в Чернобыле не было, нет и не будет проблем с радиоактивным загрязнением территорий ураном. Хотя по массе выброшенных из реактора химических элементов лидировал именно уран, причём с большим отрывом. Но кто же измеряет радиацию в тоннах? По активности, по беккерелям уран не представляет серьёзной опасности: слишком долгоживущий.

И вот теперь мы подошли к ответу на вопрос о стронции-90. У этого изотопа период полураспада равен 29 лет. Очень «противный» срок, ибо соизмерим с продолжительностью жизни человека. Стронций-90 достаточно долгоживущий, чтобы загрязнить территорию на десятки и сотни лет. Но не настолько долгоживущий, чтобы иметь низкую удельную активность. По значению периода полураспада к стронцию очень близок цезий-137 (30 лет). Вот почему при радиационных авариях именно эта «сладкая парочка» создаёт большую часть «долгоиграющих» проблем. Кстати, в негативных последствиях чернобыльской аварии гамма-активный (потерпите три странички) цезий виновен сильнее «чистого» бета-излучателя стронция.

А пройдет лет шестьсот, и в зоне чернобыльской аварии не останется ни цезия, ни стронция. И тогда на первое место выйдет… Вы уже догадались, верно? Плутоний!


Таблица 2.1 Радиационные характеристики некоторых радионуклидов


Но мы ещё далеки от понимания главной проблемы – опасности разных радионуклидов для здоровья. Ведь период полураспада, как и удельная активность, напрямую с такой опасностью не связан. Эти свойства характеризуют лишь сам радионуклид.

Возьмём, к примеру, одинаковые количества урана-238 и стронция-90: одинаковые по активности, а конкретно – по миллиарду беккерелей каждого. Для урана-238 – это около 80 кг, а для стронция-90 – всего 0,2 мг. Будет ли отличаться их опасность для здоровья? Как небо от земли!

Рядом со слитком урана массой 80 кг можно спокойно стоять, можно посидеть на нём безо всякого вреда для здоровья, ведь почти все альфа-частицы, образующиеся в процессе распада урана, останутся внутри слитка.

А вот такое же по активности и при этом ничтожно малое по массе количество стронция-90 чрезвычайно опасно. Если человек находится рядом без средств защиты, то за короткое время он получит как минимум радиационные ожоги глаз и кожи.

Знаете, на что похожа удельная активность? Тут напрашивается аналогия – скорострельность оружия. Помните, что вопрос об опасности долго– и короткоживущих радионуклидов – провокационный? Так оно и есть! Всё равно, что спросить: «Какое оружие опасней: которое делает сто выстрелов в минуту или один выстрел в час?». Здесь важнее другое: калибр оружия, чем оно стреляет и, самое главное, долетит ли пуля до цели, поразит ли её, и какие при этом будут повреждения?

Начнём с простого – с «калибра». Вы наверняка и раньше слышали об альфа-, бета– и гамма-излучениях. Именно эти виды излучений образуются при радиоактивных распадах (вернёмся к таблице 2.1). У таких излучений имеются как общие свойства, так и различия.

Общие свойства: все три вида излучений относят к ионизирующим. Что это значит? Энергия излучений чрезвычайно высока. Настолько, что при попадании в другой атом они выбивают с его орбиты электрон. Атом-мишень при этом превращается в положительно заряженный ион (вот почему излучения – ионизирующие). Именно высокая энергия отличает ионизирующие излучения от всех прочих излучений, например, от микроволнового или ультрафиолетового.

Чтобы стало совсем понятно, представим атом. При огромном увеличении он выглядит как маковое зерно (ядро атома), окружённое тончайшей сферической плёнкой типа мыльного пузыря диаметром несколько метров (электронная оболочка).

И вот из нашего зёрнышка-ядра вылетает совсем крошечная пылинка, альфа– или бета-частица. Так выглядит радиоактивный распад. При испускании заряженной частицы заряд ядра изменяется, а значит, образуется новый химический элемент.



А наша пылинка мчится с огромной скоростью и врезается в электронную оболочку другого атома, выбивая из неё электрон. Атом-мишень, потеряв электрон, превращается в положительно заряженный ион. Но химический элемент остаётся прежним: ведь число протонов в ядре не изменилось. Такая ионизация – процесс химический: то же самое происходит с металлами при растворении в кислотах.

Вот по такой способности ионизировать атомы разные виды излучений и относят к радиоактивным. Ионизирующие излучения могут возникать не только в результате радиоактивного распада. Их источником может служить: реакция деления (атомный взрыв или ядерный реактор), реакция синтеза лёгких ядер (Солнце и другие звёзды, водородная бомба), ускорители заряженных частиц и рентгеновская трубка (сами по себе эти устройства не радиоактивны). Главное отличие радиации – высочайшая энергия ионизирующих излучений.

Различия же альфа-, бета– и гамма-излучений определяются их природой. В конце 19-го века, когда была открыта радиация, никто не знал, что это за «зверь». И вновь открываемые «радиоактивные лучи» просто обозначали первыми буквами греческого алфавита.

Сперва открыли альфа-лучи, испускаемые при распаде тяжёлых радионуклидов – урана, радия, тория, радона. Природу же альфа-частиц выяснили уже после их открытия. Оказалось, что это летящие с огромной скоростью ядра атомов гелия. То есть тяжёлые положительно заряженные «пакеты» из двух протонов и двух нейтронов. Эти «крупнокалиберные» частицы далеко пролететь не могут. Даже в воздухе они проходят не более нескольких сантиметров, а лист бумаги или, скажем, внешний омертвевший слой кожи (эпидермис) задерживает их полностью.

Бета-частицы при ближайшем рассмотрении оказались обычными электронами, но опять же летящими с огромной скоростью. Они значительно легче альфа-частиц, и электрический заряд у них поменьше. Такие «мелкокалиберные» частицы глубже проникают в разные материалы. В воздухе бета-частицы пролетают несколько метров, их способны задержать: тонкий лист металла, оконное стекло и обычная одежда. Внешнее облучение обычно приводит к ожогу хрусталика глаза или кожи, подобно солнечному ультрафиолету.

И, наконец, гамма-излучение. Оно имеет ту же природу, что и видимый свет, ультрафиолетовые, инфракрасные лучи или радиоволны. То есть гамма-лучи – это электромагнитное (фотонное) излучение, но с чрезвычайно высокой энергией фотонов. Или, другими словами, с очень короткой длиной волны (рис. 2.2).


Рис. 2.2 Шкала электромагнитных излучений


Гамма-излучение имеет очень высокую проникающую способность. Она зависит от плотности облучаемого материала и оценивается толщиной слоя половинного ослабления. Чем плотнее материал, тем лучше он задерживает гамма-лучи. Именно поэтому для защиты от гамма-излучения чаще используют бетон или свинец. В воздухе гамма-лучи могут пройти десятки, сотни и даже тысячи метров. Для других материалов толщина слоя половинного ослабления показана на рис. 2.3.


Рис. 2.3 Значение слоёв половинного ослабления гамма-излучения


При воздействии гамма-излучения на человека могут быть повреждены и кожа, и внутренние органы. Если бета-излучение мы сравнили со стрельбой мелкокалиберными пулями, то гамма-излучение – это стрельба иголками.

По природе и свойствам на гамма-излучение очень похоже излучение рентгеновское. Отличается происхождением: его получают искусственно в рентгеновской трубке.

Существуют и другие виды ионизирующих излучений. Например, при ядерной вспышке или работе ядерного реактора, кроме гамма-излучений, образуются потоки нейтронов. Космические лучи помимо этих же излучений несут протоны и много чего ещё.

Итак, мы ответили на вопрос о «скорострельности» и «калибре» ионизирующих излучений. Но этот вопрос вовсе не главный. Куда важнее последствия облучения. Поэтому необходимо узнать, как ионизирующие излучения действуют на живой организм.

Об этом – в следующей главе.

Миф третий: самый опасный вид радиации – гамма-излучение

Со школьных времен у многих сложилось впечатление: по-настоящему опасно именно гамма-излучение. Образуясь при ядерной вспышке, гамма-лучи пролетают многие километры, пронизывают людей насквозь и приводят к лучевой болезни. Именно для защиты от гамма-излучений ядерный реактор окружают бетонной толщей, а небольшие источники излучений прячут в свинцовые контейнеры.

Всё это так. Но не имеет прямого отношения к опасности излучений для человека. Почему? Потому что в этом случае речь идёт о совсем другом свойстве излучений – об их проникающей способности. Да, у гамма-излучений такая способность много выше, чем у альфа– и бета-лучей. Но опасность излучений определяется не проникающей способностью, а дозой. Позднее мы вернемся к нашим гамма-лучам, а пока попробуем понять, что такое доза.



Рассмотрим на бытовом примере. Человек выпил 250 граммов водки. Это что – доза? Нет, это порция, которая содержит 100 граммов спирта. А доза рассчитывается с учетом массы тела человека. Если он весит 100 кг, то в нашем примере доза будет равна 1 грамму алкоголя на 1 килограмм массы тела. Если же человек весит 50 кг, то доза будет равна 2 грамма на киллограм, то есть в два раза больше. Видите, как удобно сравнивать? Уже ясно, что на второго человека приём той же порции окажет более сильное действие. А от одинаковой дозы и последствия будут соразмерные.

Подобным образом оценивают и воздействие ионизирующих излучений на человека. Самая простая характеристика – так называемая поглощённая доза. Как её определяют? В два этапа. Сначала измеряют или рассчитывают – нет, не граммы спирта, а количество энергии, которое поглотило тело (человек или отдельный орган) в результате облучения. А потом эту поглощённую энергию делят на массу тела.



В чём измеряют энергию? Правильно, в джоулях (Дж). А массу? В килограммах. Выходит, что поглощённая доза будет измеряться в джоулях на килограмм: Дж/кг. Но когда речь идёт о радиации, «джоуль на килограмм» получает специальное имя, в честь известного учёного. Может быть, слышали – «грей» (Гр)? Возможно, вам знакомо слово «рад» – в радах измеряли поглощённую дозу прежде, до введения грея. Один рад в сто раз меньше грея, так относится копейка к рублю:



скачать книгу бесплатно

страницы: 1 2 3 4