Іонізуюче випромінювання: джерела, одиниці вимірювання, біологічна дія на організм людини

Поняття «іонізуюче випромінювання» об’єднує різноманітні види різних за своєю природою, випромінювань, подібність яких полягає в тому, що всі вони вирізняються високою енергією, мають властивість іонізувати і руйнувати біологічні об’єкти.

Іонізуюче випромінювання (ІВ) – це будь-яке випромінювання, взаємодія якого із середовищем призводить до утворення електричних зарядів різних знаків. Розрізняють корпускулярне і фотонне іонізуюче випромінювання.

Корпускулярне – потік елементарних часток, що утворюються при радіоактивному розпаді, ядерних перетвореннях, або генеруються на прискорювачах: це – α і - частинки, нейтрони, протони та ін.

Фотонне – потік електромагнітних коливань, що поширюється у вакуумі з постійною швидкістю 300 000 км/с. Це – γ -випромінювання, рентгенівське випромінювання, короткохвильова частина ультрафіолетового випромінювання (УФ) та ін.

Випромінювання характеризуються за своєю іонізуючою і проникаючою спроможностями. Іонізуюча спроможність випромінювання визначається питомою іонізацією, тобто кількістю пар іонів, що утворюються частинкою в одиниці об’єму, маси середовища або на одиниці довжини шляху. Різноманітні види випромінювань мають різноманітну іонізуючу спроможність. Проникаюча спроможність випромінювань визначається довжиною пробігу, тобто шляхом пройденим часткою в речовині до її повної зупинки.

Випромінювання відрізняються умовами утворення і властивостями, довжиною хвилі й енергією:

ü α-частинки (ядра гелію), рухаються зі швидкістю 20 000 км/с, мають високу іонізаційну спроможність і малу проникаючу спроможність (9-11 см в повітрі);

ü β-частинки – рухаються зі швидкістю світла (300 000 км/с), мають меншу здатність до іонізації, але більшу проникаючу спроможність (в повітрі – 20 м, воді і живій тканині – 3 см, металі – 1 см);

ü нейтронне випромінювання – це потік нейтронів зі швидкістю 20 000 км/с, що легко проникають в живу тканину;

ü γ-випромінювання – це електромагнітні промені з довжиною хвилі 10⁸ – 10¹¹ см, які утворюються при альфа- і бета-розпаді атомів; має найменшу іонізуючу здатність але найбільшу проникаючу здатність (в повітрі сотні метрів, у воді – 23 см, дереві 30 см, сталі – 3 см, бетоні 19 см);

ü рентгенівське випромінювання – електромагнітні промені, але позаядерного походження з високою проникаючою спроможністю (довжина від 5 до 0,004 нм).

Джерела ІВ поділяються на природні та штучні (антропогенні). Протягом всієї історії існування Землі різні види випромінювання падають на поверхню Землі із Космосу і надходять від радіоактивних речовин, що знаходяться у земній корі.

Радіаційний фон, що утворюється космічними променями, дає майже половину зовнішнього опромінення, яке одержує населення від природних джерел радіації. Космічні промені в основному приходять до нас із глибин Всесвіту, але певна їх частина народжується на Сонці під час сонячних спалахів. Вони можуть досягати поверхні Землі або взаємодіяти з її атмосферою, породжуючи повторне випромінювання і призводячи до утворення різноманітних радіонуклідів.

Основні радіоізотопи, які зустрічаються в гірських породах Землі, – це калій-40, рубідій-87, та члени сімейств, які беруть початок від урана-238 та торія-232. Майже 3/4 земного тепла виробляється в результаті розпаду природних радіоактивних речовин (~ кількість радіоактивного тепла, яке виділяється за 1 рік всередині Землі, складає 140 млрд. кВт/год – це вдвічі більше, ніж вся електроенергія, яка виробляється протягом року світовою енергетикою).

Опроміненню від природних джерел радіації піддаються всі жителі Землі, проте одні з них одержують більші дози, а інші – менші. Це залежить, зокрема, від того, де живуть люди. Рівень радіації в деяких місцях залягання радіоактивних порід земної кулі значно вище середнього, а в інших місцях – відповідно нижче. Доза опромінення залежить також і від способу життя людей.

Людина підпадає під опромінення двома способами – зовнішнім та внутрішнім. Якщо радіоактивні речовини знаходяться поза організмом і опромінюють його ззовні, то у цьому випадку говорять про зовнішнє опромінення. А якщо ж вони знаходяться у повітрі, яким дихає людина, або у їжі чи воді і потрапляють до організму через органи дихання та кишково-шлунковий тракт, то таке опромінення називають внутрішнім.

Перед тим, як потрапити до організму людини, радіоактивні речовини проходять складний маршрут у навколишньому середовищі, що необхідно враховувати оцінюючи дози опромінення, отримані від того чи іншого джерела.

Внутрішнє опромінення в середньому становить 2/3 ефективної еквівалентної дози опромінення, яку людина одержує від природних джерел радіації. Воно надходить від радіоактивних речовин, що потрапили до організму із їжею, водою чи повітрям. Невеличка частина цієї дози припадає на радіоактивні ізотопи (типу вуглець-14, тритій), що утворюються під впливом космічної радіації. Все інше надходить від джерел земного походження.

Штучними джерелами ІВ є:

ü атомні електростанції (в Україні – це Запорізька, Південно-Українська, Рівнен­ська, Хмельницька і Чорнобильська);

ü підприємства по виготовленню і переробці відпрацьованого ядерного палива;

ü підприємства по похованню радіоактивних відходів;

ü науково-дослідні та проектні організації, які працюють з ядер­ними реакторами;

ü ядерні вибухи;

ü прискорювачі заряджених частинок;

ü рентгенівські апарати;

ü прилади апаратури засобів зв’язку високої напруги тощо.

За кілька останніх десятиліть людство створило сотні штучних радіонуклідів і навчилося використовувати енергію атома як у військових цілях – для виробництва зброї масового враження, так і в мирних – для виробництва енергії, у медицині, пошуку корисних копалин, використанні діагностичного устаткування тощо. Усе це призводить до збільшення дози опромінення як окремих людей, так і населення Землі в цілому. Індивідуальні дози, що одержують люди від штучних джерел ІВ помітно відрізняються. У більшості випадків ці дози незначні, але іноді опромінення за рахунок техногенних джерел в багато тисяч разів інтенсивніші, ніж за рахунок природних.

Опромінення населення України останніми роками за рахунок штучних джерел радіації, в основному, пов’язано із наслідками аварії на Чорнобильській АЕС, а також експлуатацією і «дрібними» аваріями на інших АЕС.

Основний внесок в опроміненні людини від техногенних джерел іонізуючого опромінення дають на сьогоднішній день медичні процедури і методи лікування, пов’язані із застосуванням джерел радіації: променева терапія (один із основних способів боротьби з раком), використання рентгенівського випромінювання як діагностичного методу.

Джерелами радіоактивного випромінювання являються також і загальновживані предмети: годинник з циферблатом, який світиться (при виготовленні використовується радій); радіоактивні ізотопи використовуються у вказівниках входу-виходу, які світяться; компасах, телефонних дисках, прицілах; при виготовленні особливо тонких оптичних лінз використовується торій; до складу фосфору, який використовується при протезуванні зубів вводиться уран, з метою імітації блиску природних зубів і т.д.

Серед різних видів ІВ, як було описано раніше, надзвичайно важливим при вивченні небезпек для здоров’я і життя людини є випромінювання, які виникають в результаті самовільного перетворення одних атомів радіоактивних елементів в інші, тобто радіоактивне випромінювання.

Для кожного радіоактивного елементу існує інтервал часу, протягом якого його активність знижується у 2 рази. Цей інтервал часу називається періодом напіврозпаду, Т_1/2. Він відрізняється для кожного радіонукліда, наприклад, для урану – Т_1/2 = 4.5 млрд. років; для йоду-135 – 6 діб; для йоду-131 – 8 діб; для стронцію-90 – 29 років; для цезію-137 – 30 років; для плутонію-239 – 24000 років. Тому, період напіврозпаду характеризує активність радіонукліда (А) – кількість розпадів атомних ядер за 1 с.

Міра дії іонізуючого випромінювання у будь-якому середовищі залежить від енергії випромінювання й оцінюється дозою іонізуючого випромінювання, яка визначається для повітря, речовини та біологічної тканини (див. табл. 4.2).

Для опису інтенсивності впливу випромінювання введено поняття потужності дози, яка визначається як доза, отримана за одиницю часу – 1 с. Наприклад, потужність експозиційної дози вимірюється в рентгенах за секунду (Р/с), потужність еквівалентної – в берах за секунду (бер/с) і т.д.

Радіаційна аварія – це аварія на радіаційному небезпечному об’єкті, що приводить до виходу або викиду РР і (або) іонізуючих випроміню­вань за передбачені проектом для нормальної експлуатації даного об’єкту межі в об’ємах, які перевищують встановлені границі безпеки його експлуатації.

Для оцінки ядерних інцидентів та подій на АЕС з 1990 р. використовується Міжнародна шкала ядерних подій (англ. International Nuclear Event Scale (INES)), розроблена Міжнародним агентством з атомної енергії (МАГАТЕ) у 1988 році. Під шкалу підпадають тільки радіоактивні витоки і порушення заходів безпеки (аварії з радіаційними викидами в навколишнє середовище на АЕС, на всіх установках, пов’язаних з цивільною атомною промисловістю). У відповідності зі шкалою події класифікуються за семи рівнями: нижні рівні (1-3) – «інциденти», а верхні (4-7) – «аварії». Події, незначні з точки зору безпеки, класифікуються рівнем «0» (нижче шкалі) и називаються «відхиленнями». В Україні за цією шкалою класифікуються всі аварії і порушення в роботі АЕС, які підлягають обліку в експлуатуючій організації та Держатомнадзору України[1].

Таблиця 4.2