Radioaktivita - jaký je tento jev? Druhy radioaktivity

Radiace existovalo dlouho před zjevením člověka a doprovázelo muže od narození až po smrt. Žádný z našich smyslů není schopen rozpoznat krátkovlnné záření. Aby to bylo možné identifikovat, člověk musel vynalézt speciální přístroje, bez nichž by nebylo možné posoudit úroveň radiace ani nebezpečí, které nese.

Historie studia radioaktivity

Celý život na naší planetě vznikl, rozvíjel a existuje v podmínkách, které jsou někdy daleko nepříznivé. Změny teploty, srážení, pohyb vzduchu, změny atmosférického tlaku, střídání dne a noci a další faktory ovlivňují živé organismy. Mezi nimi je zvláštní místo obsazeno ionizujícím zářením generovaným 25 přirozenými radioaktivní prvky jako je uran, radium, radon, thorium a další. Přirozená radioaktivita je částice, které letí skrz atmosféru ze Slunce a hvězdy Galaxie. Jedná se o dva zdroje ionizujícího záření všech živých a neživých.

Rentgenové nebo γ-záření je elektromagnetická vlna s vysokou frekvencí a extrémně vysokou energií. Všechny typy ionizujícího záření způsobují ionizaci a změnu ozařovaných objektů. Předpokládá se, že veškerý život na Zemi se přizpůsobil působení ionizujícího záření a nereaguje na ně. Existuje dokonce hypotéza, že přirozená radioaktivita je motorem evoluce, kvůli níž vzniklo tak velké množství druhů, široká škála forem a způsobů života organismů, protože mutace nejsou nic jiného než vznik nových vlastností organismu, které mohou vést k úplně novému typu .

Během století XVIII-XIX. A zejména nyní se přirozené záření na Zemi zvětšovalo a stále stoupá. Důvodem byla postupující industrializace všech rozvinutých zemí, v důsledku čehož s rostoucí produkcí kovových rud, uhlí, ropy, stavebních materiálů, hnojiv a dalších nerostných surovin se do svého povrchu dodávají ve velkém množství různé minerály obsahující přírodní radioaktivní prvky. Při spalování minerálních zdrojů energie, zejména uhlí, rašeliny, olejová břidlice, mnoho různých látek, včetně radioaktivních látek, vstupuje do atmosféry. V polovině 20. století byla objevena umělá radioaktivita. To vedlo k vytvoření atomové bomby ve Spojených státech a v dalších zemích, stejně jako rozvoj jaderné energie. Během atomové exploze Provoz jaderné elektrárny (zejména v případě nehod), v prostředí, kromě konstantního přirozeného pozadí se hromadí umělá radioaktivita. To vede k vzhledu ohnisek a velkých ploch s vysokou úrovní radioaktivity.

Co je to radioaktivita, kdo objevil tento jev?

Radioaktivita byla objevena v roce 1896 fyzikem A. A. Becquerelem z Francie. Zjistil, že hlavním zdrojem radiační expozice je záření gama kvůli jeho vysoké penetrační síle. Rádioaktivita je radiací, které člověk neustále vystavuje působení přírodních zdrojů záření (kosmických a slunečních paprsků, pozemského záření). Říká se tomu přirozené pozadí záření. Vždy existovala: od okamžiku vzniku naší planety až po současnost. Osoba, stejně jako každý jiný organismus, je stále pod vlivem přirozeného záření na pozadí. Podle Vědeckého výboru OSN pro účinky atomové záření (NCDAR) představuje vystavení člověka radiaci způsobenému přírodními zdroji radioaktivity přibližně 83% veškerého záření, které člověk dostává. Zbylých 17% je způsobeno umělými zdroji radioaktivity. Objev a praktické využití jaderné energie způsobilo řadu problémů. Každým rokem expanduje sféra kontaktů mezi lidstvem a všemi živými bytostmi s ionizujícím zářením. Již dnes kvůli znečištění půdy a atmosféra s radioaktivními produkty atomové energie a experimentálních jaderných výbuchů, velké rozšíření radiační léčby a lékařské diagnostiky, používání nových stavebních materiálů, radiační tlak se více než zdvojnásobil.

Druhy radioaktivity

Umělá a přirozená radioaktivita působí na osobu, která dostává maximální dávky. Jedná se o proces, který aktivuje studium biologických účinků radiace ze stále širšího okruhu lidí. Každá osoba by měla vědět, jaký je vztah mezi dávkou dávky expozice (DER) a ekvivalentní radiační dávkou, která je rozhodující pro posouzení poškození lidského záření.

ß-částice mají energii od asi 0,01 do 2,3 MeV, pohybujte se rychlost světla. Na cestě vytvářejí v průměru 50 párů iontů na cm cesty a netrpí svou energií tak rychle, jako α-částice. Pro zpoždění β-ozařování je nutný kov o tloušťce nejméně 3 mm.

Přirozená radioaktivita látky je, když se jádra α uvolňují jádry a mají energii od 4 do 9 MeV. Vysunuté z jader s vysokou počáteční rychlostí (až 20 000 km / s), a-částice tráví energii na ionizaci atomů hmoty, která jsou v jejich cestě (v průměru 50 000 párů iontů na 1 cm dráhy), a zastaví se.

y záření patří k elektromagnetickému záření s vlnovou délkou menší než 0,01 nm, energie y-kvantum se pohybuje od 0,02 do 2,6 MeV. Fotony γ-záření jsou absorbovány v jednom nebo několika činnostech interakce s atomy hmoty. Sekundární elektrony ionizují atomy prostředí. Částečné záření gama je zpožděno pouze silným olovem (tloušťkou více než 200 mm) nebo betonovou deskou.

Fenomén radioaktivity je záření, které je doprovázeno uvolněním různých množství energie a má odlišnou pronikavou sílu, takže mají různé účinky na organismy a ekosystémy jako celek. V dozimetrii používají množství, která kvantitativně charakterizují radioaktivní vlastnosti látky a účinky způsobené zářením: aktivita, expoziční dávka, absorpční dávka, ekvivalentní dávka záření. Objev radioaktivity a možnost umělé transformace jader přispěl k vývoji metod a technik pro měření radioaktivity prvků.

Radiační nemoc

Radioaktivita je záření, které způsobuje radiační onemocnění. Existují chronické a akutní formy této nemoci. Chronická radiační nemoc začíná v důsledku dlouhodobého vystavení těla malým (od 1 mSv do 5 mSv za den) dávkám záření po akumulaci celkové dávky 0,7 ... 1,0 Sb. Akutní ozařovací nemoc je způsobena jedinou intenzivní expozicí od dávky 1-2 Sv až po více než 6 Sb. Výpočty ekvivalentní dávky záření ukazují, že dávky, které člověk přijímá za normálních podmínek ve městě, jsou naštěstí výrazně nižší než dávky, které způsobují oční onemocnění.

Ekvivalentní dávka způsobená přírodním zářením je od 0,44 do 1,75 mSv za rok. Během lékařské diagnostiky (rentgenové vyšetření, radiační terapie atd.) Dostane člověk přibližně 1,4 mSv ročně. Dodáváme, že v stavebních materiálech (cihla, beton) v malých dávkách existují i ​​radioaktivní prvky. Dávka záření se proto v průběhu roku zvyšuje o dalších 1,5 mSv.

Pro skutečné posouzení škodlivosti radiace se používá charakteristika, jako je riziko. Riziko se obvykle chápe jako pravděpodobnost poškození zdraví nebo života člověka během určitého časového období (zpravidla během jednoho kalendářního roku), přičemž se vypočítá pomocí vzorce pro relativní četnost nebezpečných náhodných událostí v souhrnu všech možných událostí. Hlavním projevem poškození způsobeného radioaktivním zářením je onemocnění osoby s rakovinou.

Radiotoxické skupiny

Radiotoxicita je vlastností radioaktivních izotopů způsobujících patologické změny při vstupu do těla. Radiotoxicita izotopů závisí na řadě jejich vlastností a faktorů, z nichž hlavní jsou následující:

1) čas vstupu radioaktivních látek do těla;
2) typy radioaktivity;
3) schéma radioaktivního rozpadu v těle;
4) průměrná energie jednoho úpadku;
5) distribuce radioaktivních látek v systémech a orgánech;
6) cestu vstupu radioaktivních látek do těla;
7) čas strávený v těle rádionuklidu;

Všechny radionuklidy jako potenciální zdroje vnitřní expozice jsou rozděleny do čtyř skupin radiotoxicity:

• skupina A - se zvláště vysokou radiotoxicitou, min aktivity 1 kBq;
• skupina B - s vysokou radiotoxicitou, aktivita min nejvýše 10 kBq;
• Skupina B - se střední toxicitou, aktivita min nejvýše 100 kBq;
• skupina G - s nízkou radiotoxicitou, aktivita min nejvýše 1000 kBq.

Principy regulace radioaktivní expozice

Výsledkem experimentů na zvířatech a studiem vlivů expozice člověka na jaderné výbuchy, nehody u podniků s jaderným palivovým cyklem, radiační terapii maligních nádorů a studie jiných typů radioaktivity odhalila odpověď těla na akutní a chronické záření.

Nestochastické nebo deterministické účinky jsou závislé na dávce a projevují se v ozařovaném organismu v relativně krátkém čase. S nárůstem dávky záření se zvyšuje stupeň poškození orgánů a tkání - dochází k odstupňování.

Stochastické nebo pravděpodobné (náhodné) účinky jsou přičítány vzdáleným důsledkům vystavení organizmu. Na základě výskytu stochastických účinků jsou způsobeny mutacemi ozáření a dalšími poruchami v buněčných strukturách. Vyskytují se jak v somatických (z těla latiny somatos), tak v zárodečných buňkách a vedou k tvorbě maligních nádorů v exponovaném těle av potomstvu - vývojové anomálie a jiné poruchy, které jsou zděděny (genetické účinky). Předpokládá se, že prah mutagenního účinku záření neexistuje, a proto neexistují zcela bezpečné dávky. S dalším účinkem ionizujícího záření jako jednoho z mnoha faktorů mutageneze v dávce 1 cSv (1 rem) se riziko maligních nádorů zvyšuje o 5% a projev genetických defektů o 0,4%.

Riziko úmrtí z dodatečné expozice ionizujícímu záření v tak malých dávkách je mnohem nižší než riziko smrti při nejbezpečnější produkci. Ale je to proto, že zátěž dávky na lidské tělo je přísně regulována. Tato funkce je prováděna standardy radiační bezpečnosti.

NRBU-97 mají za cíl zabránit vzniku deterministických (somatických) účinků a omezit výskyt stochastických účinků na přijatelné úrovni. Pravidla hygieny radiační ochrany stanovená NRBU-97 jsou založena na následujících třech zásadách ochrany:

• zásadu odůvodnění;
• princip nepřekročení;
• princip optimalizace.

Přirozená radioaktivita: úrovně, dávky, rizika

Systém radiační ochrany občanů založený na výsledcích biomedicínského výzkumu je stručně formulován následovně: stupeň možného negativního dopadu radiace na lidské zdraví je určován pouze dávkou bez ohledu na to, zda je zdroj ionizujícího záření vytvořen, přirozený nebo umělý. Technologicky vylepšené zdroje přírodního původu jsou kontrolované složky celkové dávky a jejich příspěvek lze snížit přijetím vhodných opatření. Například pro radon ve vnitřním ovzduší a hlavní dávky, které tvoří zdroje, jsou specifikovány dvě situace expozice: expozice v budovách, které jsou již v provozu, a nové domy, které jsou uvedeny do provozu pouze.

Normy vyžadují, aby ekvivalentní rovnovážná aktivita radonu ve vzduchu (EERO) u provozovaných domů nepřekročila 100 Bq / m3, což odpovídá hodnotě 250 Bq / m3 v období objemové aktivity, která se používá ve většině evropských zemí. Pro srovnání, v nových základních bezpečnostních normách (BSS) MAAE je referenční úroveň pro radon nastavena na 300 Bq / m3.

U nových domů, zařízení pro péči o děti a nemocnic je tato hodnota 50 Bq / m3 (nebo 125 Bq / m3 radonového plynu). Měření radioaktivity radonu podle NRBU-97, stejně jako podle regulačních dokumentů jiných zemí světa, se provádí pouze integrálními metodami. Tento požadavek je velmi důležitý, protože úroveň radonu ve vzduchu v jednom bytě nebo domě se může během dne měnit 100krát.

Radon - 222

V průběhu výzkumu, který byl v posledních letech proveden v Rusku, byla analyzována struktura a velikost stávajících radiačních dávek a bylo zjištěno, že hlavní nebezpečnou látkou pro obyvatelstvo v objektu je radioaktivita - to je radon. Obsah této látky ve vzduchu lze snadno snížit, pokud zvýšíte ventilaci místnosti nebo omezujete tok plynu uzavřením suterénu. Podle oddělení radiační hygieny asi 23% bytového fondu nesplňuje požadavky stávajícího předpisového rámce pro obsah radonu ve vnitřním ovzduší. Pokud je bytový fond v souladu s platnými normami, ztráty mohou být sníženy o polovinu.

Zvažme, proč je radon tak škodlivý? Radioaktivita je rozpad přírodních radionuklidů řady uranu, ve kterých je radon-222 přeměněn na plyn. Současně tvoří drobné dceřiné produkty (DPR): polonium, vizmut, olovo, které spojují částice prachu nebo vlhkosti a tvoří radioaktivní aerosol. Jednou v plicích tato směs po krátkém poločase DPR radonu-222 vede k relativně vysokým dávkám záření, což může způsobit další riziko rakoviny plic.

Podle průzkumu bytového fondu jednotlivých regionů (28 000 domů) odborníků z Ústavu hygieny a zdravotnické ekologie je průměrná vážená průměrná individuální plocha pro jednotlivé plochy radonu 2,4 mSv / rok, pro venkovské obyvatelstvo je tato hodnota téměř zdvojnásobena a je 4,1 mSv / rok U jednotlivých regionů se dávky radonu liší v poměrně širokém rozmezí - od 1,2 mSv / rok do 4,3 mSv / rok a jednotlivé dávky populace mohou překročit dávkové limity pro profesionály kategorie A (20 mSv / rok).

Pokud odhadujeme úmrtnost na rakovinu plic způsobenou ozařováním radonu 222 v souladu s mezinárodně uznávanými metodami, je to asi 6000 případů ročně. Mělo by se rovněž vzít v úvahu, že v posledních letech bylo dosaženo poznatků o účinku radonu. Podle některých epidemiologických studií bylo zjištěno, že radon může u dětí dělat leukémii. Podle AS Evrard má vazba mezi radonem a leukemií u dětí nárůst o 20% na každých 100 Bq / m3. Podle Raaschou-Nielsena je toto zvýšení o více než 34% za každých 100 Bq / m3.

Radioaktivita a strusky

Ve všech zemích je problém recyklace a likvidace kovového odpadu radioaktivním odpadem velmi akutní. To je také zdroj radiace - nejen z nehod, například v jaderné elektrárně v Černobylu, ale také z provozu jaderných elektráren, kde se neustále provádí plánovaná výměna jednotek. Jak se vypořádat se starými kovovými sestavami a strukturami, které mají vysokou radioaktivitu? Odborníci z Ústavu elektrického svařování vyvinuli metodu tání plazmového oblouku ve vodě chlazeném kelímku, který zajišťuje odstranění kovu nebo slitiny na strusky, které mají radioaktivitu. To je fyzika nejbezpečnějšího čištění. Můžete použít různé strusky s vysokou asimilační kapacitou. Tato metoda může dokonce odstranit ty radioaktivní prvky, které jsou v trhlinách a prohlubněch povrchu. Pro řezání kovového odpadu se předpokládá použití plazmového řezání a výbuchu pod vodou, elektro-hydraulické řezání a utěsnění uzlů a konstrukcí, které jsou řezány. Tyto vysoce výkonné technologie eliminují tvorbu prachu při práci, a tím zabraňují znečištění životního prostředí. Náklady na zpracování radioaktivního odpadu v domácím projektu jsou nižší než náklady zahraničních developerů.

Základní principy ochrany před uzavřenými zdroji ionizujícího záření

Uzavřené zdroje ionizujícího záření způsobují pouze vnější záření těla. Zásady ochrany mohou být odvozeny z takových základních modelů distribuce radiace a povahy jejich interakce s látkou:

• dávka vnější expozice je úměrná době a intenzitě expozice záření;
• intenzita záření ze zdroje je přímo úměrná počtu částic, kvant nebo částic;
• prochází látkou, záření je absorbováno a jejich rozsah závisí na hustotě této látky.

Základní principy ochrany před vnější expozicí jsou založeny na:

a) ochrana v čase;
b) ochrana množství;
c) stínění obrazovky (stínicí zdroje materiálů);
d) ochrana vzdálenosti (zvýšení vzdálenosti na maximální možnou hodnotu).

Komplex ochranných opatření by měl vzít v úvahu druh záření radioaktivních látek (α-, β-částic, γ-kvant). Ochrana před vnějším zářením o α-částice není zapotřebí, protože jejich kilometrový výkon ve vzduchu je 2,4-11 cm a ve vodě a tkáních živého organismu - pouze 100 mikronů. Nohavice zcela chrání před nimi.

Při vnějším ozáření působí β-částice na kůži a rohovku očí a ve velkých dávkách způsobují sucho a popáleniny kůže, křehké nehty, kataraktu. Pryžové rukavice, brýle a síta se používají k ochraně proti P-částicím. V případě obzvláště silných toků β-částic by měly být chráněny proti zářením z rentgenového záření: zástěry a olověné pryžové rukavice, olovnaté sklo, obrazovky, krabice a podobně.

Ochrana proti vnějšímu záření γ může být zajištěna snížením doby přímé práce se zdroji, použitím ochranných štítů, absorbujícím zářením, zvýšením vzdálenosti od zdroje.

Výše uvedené metody ochrany lze aplikovat samostatně nebo v různých kombinacích, ale tak, aby externí dávky fotonového ozařování osob kategorie A nepřesáhly 7 mR za den a 0,04 R za týden. Ochrana díky zkrácení doby přímé práce s zdroji fotonového záření je dosažena rychlostí manipulace s léčivem, což snižuje trvání pracovního dne a pracovního týdne.