БЖД. Учебное пособие Санкт Петербург 2014 удк 355. 58 0758 ббк 68. 9 я 73 б 69 Рецензенты
 Скачать 7.93 Mb.
|
|
1.2. Радиационная обстановка в Санкт-Петербурге и Ленинградской области. Следует напомнить, что Чернобыльский шлейф захватил юго-западные районы Ленинградской области: Ломоносовский, Кингисеппский, Волосовский и Лужский. Самая большая зона с центром в Котлах ограничена населенными пунктами: Тисколово, Усть-Луга, Круглово, Чирковицы, Килли, Орлы, Ропша, Берег Нарвского залива. Общая площадь территории с повышенным содержанием Цезия-137 в почвах составляет 12 тыс. км. Главное пятно с уровнем загрязнения более 2 Ки/км2 имеет площадь 800 км2 и расположено в Кингисеппском районе (Усть-Луга, Тарайка, Котлы). На территории Санкт-Петербурга и Ленинградской области в настоящее время имеется ряд радиационно-опасных объектов, при аварии на которых или их разрушении могут произойти массовые радиационные поражения людей, животных, растений и радиоактивное загрязнение окружающей природной среды. К таким объектам относятся: Ленинградская АЭС (г. Сосновый Бор), Ленспецкомбинат «Радон» (г. Сосновый Бор), научно-исследовательский технологический институт (г. Сосновый Бор), Петербургский институт ядерной физики им. Константинова (г. Гатчина), Радиевый институт им. Хлопина (Санкт-Петербург), Центральный научно-исследовательский институт им. Крылова (Санкт-Петербург), Институт Иоффе (г. Каменка), Балтийский завод (Санкт-Петербург), могильник радиоактивных отходов (г. Кузьмолово). Более 250 объектов в производстве используют радиоактивные изотопы, которые при халатном обращении с ними могут стать источниками радиоактивного загрязнения, а также Аэрофлотом перевозится: в день - 30-50 партий (100-200 кг) изотопов, в месяц - 2,8-3,0 тонн (1500 мест), в год - 36 тонн. Ленинградская АЭС: возможные зоны чрезвычайно опасного заражения могут составить 208 км2 с населением в 9 тыс. человек, возможные зоны опасного заражения могут составить 506 км2 с населением в 21 тыс. чел. 1.3. Причины возникновения радиационных излучений. Естественные и искусственные источники радиоактивного излучения. Причинами радиоактивных излучений является распад атомов некоторых веществ с выделением в окружающую среду α-, β-, γ- квантов и нейтронов ņ, которые, проходя через вещество, ионизируют это вещество и накапливаются в этом веществе. Следовательно, радиоактивные излучения обладают проникающей способностью и способностью накапливаться – аккумулироваться в данном веществе. Кроме того, радиоактивные излучения могут появляться в результате применения ядерного (атомного) оружия, аварий на атомных объектах и применение р/а веществ в террористических целях. Так в ХХ веке в 1945 году США применили атомное оружие (Хиросима и Нагасаки), в 1954 – 55 годах было применено атомное оружие на военных учениях СССР, США, Франции, Англии и Китая. СССР, США и Китай проводили такие учения на своей территории. Англия на территории США, а Франция на территории Африки и островах Атлантического океана. Все источники радиоактивных излучений делятся на естественные и искусственные источники радиоактивных излучений (рис. 1.2). В результате, естественные радиоактивные излучения создают естественный радиоактивный фон, а в случае аварийных ситуаций создается искусственный радиоактивный фон, а в случае аварийных ситуаций и техногенно измененный радиоактивный фон или искусственный радиоактивный фон. В РФ естественный радиоактивный фон может достигать величины 5 – 25 мкР/ч (в СПб эта величина может быть в пределах 10 – 25 мкР/ч). В результате человек в течение года может получить дозу облучения порядка 240 мбэр (остаточная доза облучения), а в течение жизни, т.е. за 70 лет порядка 17 бэр (остаточная доза облучения).  Рис. 1.2. Основные источники радиоактивных излучений Естественный радиоактивный фон – доза облучения, создаваемая космическим излучением и излучением природных радионуклидов, естественно распределенных в земле, воздухе, других элементах биосферы, пищевых продуктах и организме человека. Техногенно измененный радиоактивный фон - естественный радиоактивный фон, измененный в результате деятельности человека. В России естественный радиоактивный фон может достичь величины 0,1 – 0,3 мкЗв\ч (10-30 мкР\ч). Если мощность дозы составляет 0,04-0,23 мкЗв\ч (4-23 мкР\ч), то это считается безопасной величиной (в большинстве районов России естественный радиоактивный фон не превышает этих значений). Допустимая величина радиоактивного фона 0,24-0,6 мкЗв\ч (24-60 мкР\ч). Повышенный уровень фона может быть вызван естественными причинами (излучение от гранитов и других минералов, влияние космического излучения и т.п.). Здоровье человека, постоянно живущего при такой мощности дозы излучения, не подвергается опасности. Доза облучения 0,6-1,2 мкЗв\ч (61-120 мкР\ч) – тревожный (подозрительный) уровень: обнаружив подобный участок местности, необходимо сообщить о нем в ближайшую санитарно-эпидемиологическую станцию для тщательной проверки. Кратковременное пребывание на такой местности не отражается на состоянии здоровья. Превышение дозы облучения 1,2 мкЗв\ч (120 мкР\ч) – опасный уровень: не рекомендуется доже кратковременное пребывание, необходимо по возможности покинуть это место. Естественные и искусственные источники радиоактивного излучения. Все источники радиоактивных излучений делятся на 2 класса: естественные и искусственные (рис. 1.2, 1.3). Естественные источники радиоактивных излучений существуют постоянно и под их воздействием человек находится постоянно. К естественным источникам радиоактивных излучений относятся: земные источники (калий, уран, торий, цезий и пр.), на которые приходится порядка 26% естественных излучений; космические излучения от солнечной системы, планет и р/а пояса Земли (следует иметь в виду, что чем ниже давление и чем чище среда, тем выше облучение человека от космической составляющей); внутреннее облучение человека за счет проникновения р/а изотопов с пищей, водой, воздухом; р/а инертный газ радон, возникающий в результате распада урановой и ториевой составляющих, находящихся в земле. Радон - это тяжелый газ, который скапливается в подвалах, нижних этажах и проникает в организм человека при дыхании; природное топливо (уголь, сланцы и пр.), которое при сжигании выбрасывает в окружающую среду с дымами, золой большое количество радионуклидов; строительные материалы; сельскохозяйственные удобрения (калийные соли, фосфаты и пр.). Искусственные источники радиоактивных излучений возникают а тех случаях, когда имеет место их выброс в окружающую среду при аварийных и других чрезвычайных ситуациях. К ним относятся: - урановая промышленность (добыча и обогащение урана, создание ядерного топлива – ТВЭлы, оружейного плутония, перевозка ядерного топлива, отработанного ядерного топлива - ОЯТ, ядерных боеприпасов); - ядерные реакторы (ЯР) разных типов. Следует отметить, что во внешнюю среду ядерные реакторы радиации не выбрасывают, так как имеют очень высокую степень защиты (свинец, сталь, бетон) и в ЯР не может произойти ядерного взрыва, так как в ЯР нельзя создать критической массы, необходимой для реакции взрывного характера. В ЯР может произойти тепловой взрыв, способный разрушить оболочку ЯР вследствие прекращения или уменьшения отбора теплоты. В этом случае в ЯР создается избыточное тепловое давление, способное разрушить оболочку ЯР; - радиохимическая промышленность – переработка ОЯТ, различных радиоактивных материалов;  Рис. 1.3. Классификация основных источников радиоактивных излучений - места захоронения радиоактивных отходов. На территории РФ таких мест 16 и находятся они в не очень хорошем состоянии. Происходят постоянные ремонты, реконструкции мест захоронения. Следует отметить, что существует три метода захоронения: жидкие р/а отходы в океанических водах, контейнерные захоронения твердых отходов в океанических водах и захоронения в литосфере и специальных могильниках; - использование радионуклидов в медицине, промышленности; - использование р/а источников э/питания в спутниках, которые становятся опасными в случае аварии такого источника, так как создается достаточно большая по величине область (радиоактивное облако), из которого на поверхность Земли выпадают радиоактивные вещества. Такие источники применяются в морской навигации для питания маяков. - изотопные лаборатории, в которых радиоактивные изотопы используются в научных целях. Источником излучения они могут становиться в случаях нарушения техники при работе с изотопами и нарушения правил их хранения; - локальные радиоактивные загрязнения местности после ядерных взрывов (ЯВ). Следует иметь в виду, что ЯВ используют не только в военных целях, но и в мирных; - выпадение радиоактивных осадков после ЯВ в космосе. Возникает такое глобальное радиоактивное загрязнение, которое невозможно прогнозировать; - военная деятельность; - экраны телевизоров, мониторов, рентгеновская аппаратура. 1.4. Радиоактивное излучение. Единицы измерения. Процесс превращения электрически нейтральных атомов в активные ионы называется ионизацией. Самопроизвольный распад радиоактивных веществ сопровождается ионизирующим излучением, т.е. излучением α-, β-, γ-частиц и нейтронов ņ. Ионизирующее излучение – излучение, которое создает при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, торможении заряженных частиц в веществе и образует при взаимодействии со средой ионы разных знаков. Все виды , , излучения обладают способностью ионизировать атомы или молекулы веществ. В подавляющем большинстве случаев процесс ионизации атомов связан с потерей электронов, т.е. с образованием положительных ионов. Атом, лишенный одного или несколько электронов превращается в положительно заряженный ион – происходит первичная ионизация. Выбитые при первом взаимодействии электроны, сами взаимодействуют со встречными атомами и создают новые ионы – происходит вторичная ионизация. Таким образом, энергия излучения при прохождении через вещество расходуется в основном на ионизацию среды. Для того чтобы понять влияние ионизации на организм человека, живого организма вообще необходимо рассмотреть основные характеристики РВ, у которых изменения структуры ядра атома происходит самопроизвольно и при этом оно превращается в более устойчивое ядро другого элемента. Это называется радиоактивностью. Впервые это было обнаружено в 1896 году французским физиком Антуани Анри Беккерелем (1802-1908), а более детального исследовано Марией и Пьером Кюри, открывшими полоний и радий. Английские физики Э. Резерфорд и Ф. Содди установили, что в отличии от обычных элементов ядра атомов радиоактивных веществ неустойчивые, нестабильные образования, а в следствие этого они непрерывно распадаются. Открытие Менделеевым 6 марта 1869 года периодической системы элементов натолкнуло ученых на весьма смелую мысль, а правильно ли утверждение, что атом является неделимой частицей материального мира. По представлениям Менделеева «…мир атомов устроен так же, как мир небесных светил со своим солнцем, планетами и спутниками …». Напомним строение атома: он состоит из ядра, вокруг которого на стационарных орбитах располагаются электроны. Само ядро в свою очередь состоит из протонов и нейтронов, число которых определяется разностью веса атома и порядковым номером. Железо в 26 клетке системы, атомный вес 56, атом содержит 26 протонов и 30 нейтронов (56-26), 26 нейтронов в оболочке. Атом урана состоит из 92 протонов, 143 нейтронов, на орбитах 92 электрона. Протоны и нейтроны имеют общее наименование - нуклоны. Число протонов в ядре определяет его положительный заряд, равно порядковому номеру элемента в Периодической системе. Число протонов в ядре каждого элемента строго определено, а число нейтронов может изменяться в некоторых пределах. Поэтому могут существовать разновидности атомов одного и того же элемента, которые отличаются друг от друга массовым числом. Такие атомы размещаются в одной клетке Периодической системы элементов и называются изотопами этого элемента. Следует подчеркнуть, что в результате облучения устойчивых химических элементов потоками нейтронов в ядерных реакторах или бомбардировки этих элементов тяжелыми частицами – протонами, альфа-частицами и др. получают искусственные радиоактивные элементы. Поэтому в процессе постоянного уточнения таблицы элементов Менделеева приходилось в одни и те же клетки помещать уже несколько элементов с совершенно одинаковыми химическими свойствами, но различными по массе. Изотопы бывают устойчивые (стабильные) и неустойчивые (радиоактивные). В настоящее время обнаружено более 250 устойчивых изотопов и более 1000 искусственных радиоактивных изотопов. Искусственные радиоактивные изотопы отличаются друг от друга видом излучения, энергией излучения, временем жизни, массой излучаемых частиц. Изотопы нашли весьма широкое применение в научных исследованиях, в биологии медицине, а также в технике и промышленности. Радиоактивный распад не зависит от внешних условий: температуры, давления, химических воздействий. Каждый из радиоактивных элементов и их изотопы распадаются со своей скоростью. Радиоактивный распад не может быть остановлен или ускорен каким-либо способом. Время, в течение которого распадается половина всех атомов радиоактивного вещества, называется периодом полураспада. Периоды полураспада: уран-238 – 4,5 млрд. лет, стронций-89 – 51 суток, цезий-137 – 27 лет, йод-131 – 8,04 суток, полоний-212 – десятимиллионные доли сек. В 1896 году не зная еще, что представляет собой излучение радиоактивного вещества, ученые при пропускании пучка радиоактивного излучения через магнитное поле назвали излучение отклоняющееся в сторону Севера -излучением, Юга - -излучением, излучение не отклоняющееся в магнитном поле - -излучением (названия даны в соответствии с первыми буквами греческого алфавита) (табл. 1.1). Альфа-излучение – поток положительно заряженных частиц (ядер атомов Гелия). Начальная скорость 15-20 тысяч км/сек. Пробег -частиц в воздухе не превышает 11 см, в твердых и жидких средах - несколько микрон. -частицы на каждом сантиметре пробега образуют 30-40 тысяч пар ионов. Таким образом, -частицы обладают большой ионизирующей и малой проникающей способностью. Бета-излучение состоит из -частиц (электронов -, протонов +). -частицы в воздухе на своем пути создают в несколько сот раз меньше ионов, чем -частицы. Пробег -частиц значительно больше: в воздухе – десятки метров, в биологических тканях – несколько сантиметров; в твердых телах – несколько миллиметров. -частицы при взаимодействии с атомами среды отклоняются от своего первоначального направления. Путь, проходимый -частицей в веществе, представляет собой не прямую линию, как у -частиц, а ломаную. Гамма-излучение – это поток электромагнитного ионизирующего излучения (кванты электромагнитной энергии). Возбужденные ядра, переходя из возбужденного состояния в спокойное, испускают избыток энергии в виде гамма-квантов (фотонов). По своим свойствам -излучение близко к рентгеновскому, но обладает значительно большей частотой и энергией. Скорость -излучения равна скорости света. Ионизирующая способность гамма-излучения - несколько пар ионов на 1 см пробега. Проникающая способность в 50-100 раз больше -излучения и составляет в воздухе сотни метров. -излучение слабо поглощается защитными материалами и наиболее эффективно ослабляется материалами с высокой плотностью. Гамма-излучение от естественных радиоактивных источников нашло широкое применение в науке и технике. С ее помощью уничтожают раковые опухоли, в лабораториях и на заводах просвечивают и диагностируют слитки металла и готовые изделия, стерилизуют и консервируют пищевые продукты и лекарственные препараты, ведут научные исследования во многих областях современной науки. Основные единицы радиоактивных излучений представлены в табл. 1.2. Таблица 1.1 Виды радиоактивного излучения
Каждый радионуклид характеризуется активностью «А», т.е. числом радиоактивных превращений в единицу времени. В системе СИ за единицу активности принято одно ядерное превращение в секунду (распад/сек.) - Беккерель (Бк). Внесистемная единица измерения – Кюри (Ки). Кюри – это активность радионуклида, в котором происходит 3,7 1010 актов распада в одну секунду. Используются также дольные и кратные единицы, внесистемная единица активности Кюри связана с Беккерелем: 1 Ки = 3,71010 распадов/сек. = 3,7 1010 БК; 1БК = 2,710-11 Ки; миллиКюри (1мКи) = 10-3 Ки = 3,7107 Бк; микроКюри (1мкКи) = 10-6 Ки = 3,7104 Бк. При радиоактивном загрязнении местности происходит поверхностное загрязнение (плотность радиоактивного загрязнения), которое измеряется в Ки/см2, Ки/м2 и Ки/км2. Поверхностное загрязнение существует сравнительно недолго и р/а вещества поникают в почву. Так на глубине 5-6 см содержится 80-85% всех р/а веществ и измеряется Ки/л, Ки/кг и Ки/м3. Поглощенная доза – это количество энергии излучения, поглощенное массой тела. В системе единиц СИ за единицу поглощенной дозы принят Грей (Гр), т.е. энергией в 1 Дж, поглощенной 1 кг массы тела (1Дж/кг). Внесистемной единицей измерения поглощенной дозы является рад (1 эрг/1 г), т.е. 1 Гр = 100 рад. Эквивалентная доза. Поглощенная доза не учитывает биологического действия облучения, а поэтому вводится коэффициент качества Q, который показывает во сколько раз данный вид облучения (α- и β- излучения) биологически эффективнее γ- или рентгеновского облучения. Единицей измерения в системе СИ является Зиверт (Зв). 1 Зв = 1 Гр/Q. Внесистемной единицей измерения эквивалентной дозы является бэр. 1 Зв = 100 бэр = 100 рад/Q. Коэффициент качества Q равны: для α = 20, β = 1, γ = 1. Таблица 1.2  Экспозиционная доза. Характеризует дозу излучения по эффекту ионизации воздуха γ- или рентгеновским излучением. Внесистемной единицей измерения экспозиционной дозы является Рентген (Р) – это такое количество рентгеновского или γ-изучений, которое при температуре 0оС, давлении 760 мм ртутного столба в 1 см3 совершенно сухого атмосферного воздуха создает 2,08 109 пар ионов. На практике используют доли Р (мР, мкР). Экспозиционная доза отнесенная к единице времени называется мощностью экспозиционной дозы или уровнем радиации и измеряется в Р/ч, мР/ч, мкР/ч. Для -излучения справедливо примерное соотношение: 1 рентген = 1 рад = 10 бэр = 0,01 Гр = 0,01 Зв, Между плотностью радиоактивного излучения и мощностью экспозиционной дозы справедливо соотношение: 1 Ки\см2 = 1 Р\ч, 1 Ки\м2 = 10 мР\ч, 1 Ки\км2 = 10 мкР\ч. |