Радиационная защита населения

В повседневной жизни организм человека постоянно подвергается воздействию как внешних источников излучения (космическое, γ-излучение природных радионуклидов), так и радиоактивных веществ, находящихся в теле.

Под радиационным фоном принято понимать ионизирующее излучение от природных источников космического и земного происхождения, а также от искусственных радионуклидов, рассеянных в биосфере в результате деятельности человека. Радиационный фон воздействует на население земного шара, имея относительно постоянный уровень. Различают природный (естественный) радиационный фон, технологически измененный естественный радиационный фон, искусственный радиационный фон. Естественный радиационный фон представляет собой ионизирующее излучение, действующее на человека на поверхности земли от природных источников космического и земного происхождения. Технологически измененный естественный радиационный фон представляет собой ионизирующее излучение от природных источников, претерпевших определенные изменения в результате деятельности человека, например излучение от естественных радионуклидов, поступающих в биосферу вместе с извлеченными на поверхность Земли из ее недр полезными ископаемыми, в результате поступления в окружающую среду продуктов сгорания органического топлива, излучения в помещениях, построенных из материалов, содержащих естественные радионуклиды. Искусственный радиационный фон обусловлен радиоактивностью продуктов ядерных взрывов, отходами ядерной энергетики и аварий. Мерой радиационного фона является мощность экспозиционной дозы.

Природные источники ионизирующего излучения, формирующие естественный радиационный фон, подразделяют на внешние источники внеземного происхождения (космическое излучение); внешние источники земного происхождения, т.е. радионуклиды, присутствующие в земной коре, воде, воздухе; внутренние источники, т.е. радионуклиды естественного происхождения, содержащиеся в организме человека.

Космические лучи представляют собой поток ядерных частиц, приходящих на земную поверхность из различных областей мирового пространства, — это так называемое первичное космическое излучение. Средняя энергия космических частиц составляет 10¹⁰ эВ. Первичное космическое излучение состоит из протонов (92 %), α-частиц (7 %), ядер атомов лития, бериллия, углерода, азота и кислорода (0,78 %) и ядер атомов, заряд которых более 10 (0,22 %).

При падении космических частиц на поверхность Земли они взаимодействуют с атомами и молекулами атмосферы. Возникает вторичное космическое излучение. Вторичное космическое излучение состоит из электронов, нейтронов, мезонов и фотонов. По мере приближения к поверхности Земли интенсивность первичного космического излучения уменьшается, а интенсивность вторичного излучения достигает максимума на высоте 20-30 км. На уровне моря интенсивность первичного излучения составляет примерно 0,05 % первоначальной величины. Вторичное же излучение состоит из мезонов (80 %) и электронов (20 %). Следует отметить, что уровень космического излучения в определенной степени зависит от геомагнитной широты, возрастая от экватора к полюсам (на уровне моря до 14%).

К числу радиоизотопов, образующихся при взаимодействии галактического и солнечного излучения с атомами и молекулами в верхних слоях атмосферы относятся ³H, ⁷Be, ¹⁴C, ²²Na, ³²P, ³⁵S, ^36,39Cl и др.

Природная радиоактивность обусловлена радионуклидами естественного происхождения, присутствующими во всех оболочках Земли: литосфере, гидросфере, атмосфере и биосфере. Радиоактивные элементы условно могут быть разделены на три группы:

- радионуклиды, входящие в состав радиоактивных семейств;

- радиоактивные элементы, не входящие в семейства: ⁴⁰К, ⁴⁸Са, ⁸⁷Rb и др.;

- радиоактивные изотопы, непрерывно возникающие на Земле в результате ядерных реакций под воздействием космических лучей. Наиболее важные из них - ¹⁴С и ³Н.

Главным источником поступления в окружающую среду естественных радионуклидов, к настоящему времени широко распространенных во всех оболочках Земли, являются горные породы, происхождение которых неразрывно связано с включением в их состав всех радиоактивных элементов, возникших в период формирования и развития планеты. Благодаря непрерывным деструктивным процессам метеорологического, гидрологического, геохимического и вулканического характера радионуклиды подверглись широкому рассеиванию.

К числу природных радиоизотопов, т.е. не созданных в процессе технологической деятельности человека, относятся ⁴⁰K, ⁸⁷Rb, ²¹⁰Pb, ²¹⁰Po, ²²²Rn, ²²⁶Ra, ²³²Th, ^235,238U и др.

Радиоактивность тела человека обусловлена присутствием в организме всех тех радиоактивных изотопов, которые встречаются в биосфере (таблица 2).

Таблица 2

Содержание естественных радионуклидов в теле человека, Бк, (по Ильину, 1999)

Основным источником радиоактивных элементов, поступающих в организм человека, являются пищевые продукты. Вода в этом отношении имеет второстепенное значение

Фоновое облучение организма человека в зависимости от источников ионизирующего излучения бывает внешним и внутренним. К источникам внешнего облучения относят космические лучи, -излучение радионуклидов, содержащихся в породах, почве и строительных материалах, а также находящихся в воздухе. Внутреннее облучение организма человека создается за счет ⁴⁰К, ¹⁴С, ²²⁶Ra, ²²²Rn, ²¹⁰Po и других радиоактивных элементов, содержащихся в организме. В таблице 3 приведены сведения об уровнях фонового облучения человека.

Таблица 3

Эффективные дозы облучения за счет природных источников ионизирующих

излучений, мкЗв/год (по Ильину, 1999)

В результате деятельности человека постепенно изменяется радиационный фон, что связано с использованием для целей строительства различных отходов в виде золы и шлаков объектов энергетики, черной и цветной металлургии, а также химической промышленности, применения удобрений, получаемых из природного минерального сырья. В настоящее время вклад этой компоненты природного радиационного фона в дозу облучения населения не превышает 3-5 %.

Потенциальными источниками поступления радиоактивных загрязнений в биосферу являются:

- испытания ядерного оружия;

- предприятия по добыче, переработке и получению расщепляющихся материалов и

искусственных радионуклидов;

- учреждения, предприятия и лаборатории, использующие радионуклиды в технологии

производственного процесса.

При атомных взрывах образуются продукты деления ядерного горючего, которые часто называют осколками деления, а также наведенная активность; в окружающую среду поступает и некоторое количество самих расщепляющихся материалов. При взрыве термоядерных устройств дополнительно возникает радиоактивный ¹⁴С. Осколки деления - сложная смесь радионуклидов, образующихся при делении атомных ядер. Ядра атомов ²³⁵U или ²³⁹Рu расщепляются с образованием 80 различных осколков. Последние начинают немедленно распадаться. В результате появляется сложная смесь продуктов деления из 200 различных изотопов 36 химических элементов, периоды полураспада которых находятся в пределах от нескольких секунд (¹⁰⁶Rh) до 1,57•10⁷ лет (¹²⁹I).

Наиболее потенциально опасными осколками ввиду их активного включения в биологический цикл и большого периода полураспада считаются ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs.

Наведенная активность появляется при захвате нейтронов деления и медленных нейтронов ядрами атомов элементов, входящих в состав конструкции взрываемого устройства, воздуха, почвы или воды При этом образуются такие радиоактивные изотопы как ²⁴Na, ²⁷Mg, ³¹Si, ³²P и др., имеющие короткий период полураспада (от нескольких минут до нескольких дней). Наряду с продуктами распада ядерного горючего при термоядерных взрывах образуются ¹⁴С и ³Н.

К числу предприятий по добыче, переработке и получению расщепляющихся материалов и искусственных радионуклидов относят урановые рудники и гидрометаллургические заводы по получению обогащенного урана (уранового концентрата), заводы по очистке урановых концентратов и изготовлению тепловыделяющих элементов для АЭС, экспериментальные и энергетические реакторы, заводы по производству ядерного горючего. Все эти предприятия образуют газообразные, аэрозольные, жидкие и твердые радиоактивные отходы.

При загрязнении окружающей среды радиоактивными продуктами в результате испытаний ядерного оружия или в процессе поступления в окружающую среду радиоактивных отходов возникают условия дополнительного внешнего и внутреннего облучения населения свыше тех доз, которые обусловлены естественным радиационным фоном.

Дополнительное внешнее облучение может быть при накоплении радионуклидов на поверхности земли, при этом в основном доза облучения будет обусловлена γ-излучателями или прохождением над населенным районом радиоактивного облака.

Дополнительное внутреннее облучение возможно при попадании радионуклидов в организм при вдыхании загрязненного воздуха и алиментарным путем: при использовании загрязненных радионуклидами воды и пищевых продуктов.

Прямым следствием подписанного по инициативе СССР Договора о прекращении испытаний ядерного оружия в трех средах явилось снижение количества радиоактивных осадков, выпадающих повсеместно на нашей планете. В результате этого уменьшалось и радиоактивное загрязнение растительности, включая сельскохозяйственные культуры.

Однако радиоизотопы с длительным периодом полураспада по настоящее время участвуют в биологических круговоротах веществ и по трофическим цепочкам поступают в организм человека, формируя дополнительные дозовые нагрузки.

Эксперты НКДАР при ООН оценили эффективные эквивалентные дозы за счет ядерных испытаний для всего населения земного шара. Ожидаемая коллективная эффективная эквивалентная доза за счет испытаний, проводившихся в атмосфере до конца 1981 г., составила 3•10⁷ чел•Зв, что равноценно примерно 4 годам дополнительного облучения населения земного шара за счет естественного фонового излучения. Основная часть коллективной дозы обусловлена ядерными испытаниями, проведенными в 1961-1962 гг. В результате этого индивидуальная доза облучения населения достигла пикового значения в 1963 г., составив примерно 7 % среднего годового облучения за счет естественных источников. В 1966 г. эта цифра снизилась до 2 %, а в настоящее время значительно ниже 1 %.

Интенсивное развитие атомной энергетики и широкое использование разнообразных источников ионизирующих излучений в промышленности и медицине приводят в некоторых случаях к авариям.

Радиационная авария - это потеря управления источником ионизирующего излучения, вызванная неисправностью оборудования, стихийными бедствиями или иными причинами, которые могли привести или привели к незапланированному облучению людей или радиоактивному загрязнению окружающей среды.

Наиболее типичные случаи, связанные с авариями:

- сознательное использование или хранение источников ионизирующих излучений с

нарушением требований, предусмотренных санитарным законодательством, или правил

техники безопасности, создающее прямую возможность облучения лиц из населения или

персонала и загрязнения окружающей среды;

- потеря, хищение источников ионизирующих излучений или радиационных установок и

приборов;

- отказ радиационной техники, эксплуатируемой в промышленности, медицине, НИИ и

т.д.;

- неисправности на ядерных транспортных средствах (спутники, летательные аппараты,

подводные лодки и т.д.);

- аварии и происшествия на АЭС и других предприятиях атомной индустрии.

Аварии, не связанные с эксплуатацией АЭС, как правило, приводят к переоблучению одного или нескольких работников, что подтверждают и наши исследования. Больше всего аварий наблюдается при эксплуатации радиоизотопных приборов (48 % случаев), дефектоскопических установок (11,7 %), в медицине (8,8 %) и научно-исследовательских учреждениях и других сферах (20,5 %). Основной причиной является нарушение требований санитарных правил и норм.

При эксплуатации АЭС и других предприятий ядерно-топливного цикла возможны аварии с локальным загрязнением только технологических помещений станции и облучением обслуживающего реактор персонала. В этом случае мероприятия ограничиваются оказанием неотложной помощи пострадавшим с последующим направлением их в специализированное лечебное учреждение и проведением дезактивационных работ.

Разработка мероприятий при аварии на АЭС с возможным выбросом в окружающую среду радионуклидов в количестве, превышающем установленные пределы, наиболее сложная и актуальная задача. Выбор оптимальных мероприятий для локализации последствий радиационной аварии зависит от характера аварии, количества и вида выброшенных нуклидов, географического положения станции, хозяйственного использования территории, погодных условий на момент происшествия и т.д. Эффективность мероприятий определяется их своевременностью. На АЭС заблаговременно должен быть разработан план мероприятий по радиационной безопасности на случай аварии, в котором предусматривают разные ситуации и учитывают наиболее вероятный состав выброшенных в окружающую среду радионуклидов.

Население должно заранее знать о существовании планов на случай аварии, иметь четкие и простые инструкции. При аварии очень важно, как можно быстрее известить население о случившемся и дать инструкции о проведении дополнительных срочных мероприятий по защите от радиоактивных выпадений.

Выделяют три последовательных этапа развития аварии:

- начальный этап - угроза выброса радионуклидов в окружающую среду и первые часы

после выброса;

- этап первичной ликвидации последствий аварии - от первых нескольких суток до

месяца, когда предполагается, что большая часть выброса уже произошла и

радионуклиды осели на землю;

- этап проведения и завершения работ по ликвидации аварии. В этот период

заканчивают дезактивацию территории станции и окружающей местности, завершают

ремонтные работы на месте аварий, осуществляют комплекс гигиенических

мероприятий, разрабатывают условия проведения сельскохозяйственных работ на

территории с различным уровнем и характером загрязнения.

Гигиенические мероприятия включают меры по защите источников водоснабжения, снижению запыленности на территории населенных пунктов, дорогах и в помещениях. При необходимости вводят контроль за загрязненностью пищевых продуктов и их бракераж, а также начинают принимать, если этого требует обстановка, медикаментозные средства массовой профилактики: кальцинацию хлеба, фторирование питьевой воды (помимо йодной профилактики, которую, как правило, проводят на начальном этапе аварии, сопровождающейся массивным загрязнением окружающей среды).

Основное внимание, если авария произошла в весенне-летне-осенний период, уделяют пищевым цепочкам, однако в ряде случаев важными или определяющими могут быть внешнее облучение и ингаляция нуклидов.

Воздействие на людей при аварии на АЭС может происходить различными путями, включая:

- внешнее облучение от радионуклидов облака и осевших на землю;

- внутреннее облучение при вдыхании нуклидов, выпадающих из облака, а также

вторично попавших в воздух с ранее загрязненных участков поверхности;

- внутреннее облучение при потреблении загрязненных пищевых продуктов и воды.

Важно выявить и оценить поглощенную дозу и значимость в оценке риска переоблучения каждого из этих трех путей. Внешнее облучение от благородных газов, йода, продуктов распада приводит к общему облучению во время прохождения облака. Внешнее облучение от радиоактивных отложений на поверхности земли может быть длительным при наличии в составе выпадений долгоживущих продуктов распада, таких как ¹³⁷Cs, а также ¹³⁴Cs, ¹⁴⁴Се, ¹⁴⁰Ba, ¹⁰⁶Ru и др. Внутреннее воздействие при вдыхании радионуклидов из облака приводит к облучению в первую очередь носоглотки, верхних дыхательных путей, легких, а также желудочно-кишечного тракта и других органов и тканей. Внутреннее воздействие возможно при потреблении загрязненной пищи и воды. Если выброс был в вегетационный период, то пищевой путь поступления нуклидов, как правило, приобретает решающее значение. Особенно быстро и в большом количестве может поступать радиоактивный йод с молоком и молочными продуктами, если авария произошла в пастбищный период содержания скота. В условиях выпаса сельскохозяйственных животных поступление ¹³¹I с молоком имеет большее значение, чем его поступление ингаляционным путем с атмосферным воздухом.

Радионуклиды, поступающие в организм пищевым путем, - это нуклиды, осевшие непосредственно на продуктах, растительности или спустя 1-2 месяца усвоенные растением из почвы. Вода открытых водоемов также может подвергаться загрязнению в результате возникновения осадков на зеркалах водоемов, а также поверхностного стока и поступления фильтрационных вод с близлежащих участков загрязненной почвы. Такой вид воздействия может оказывать влияние на большие группы населения, которые могут жить далеко от места аварии и не подвергаться облучению другим путем. Плохо оборудованные грунтовые колодцы также могут существенно загрязняться. Как правило, хорошо защищены лишь артезианские воды. Охрана окружающей среды от радиоактивных загрязнений обеспечивается следующими мерами: использованием совершенной технологии производства, которая сводит к минимуму количество образующихся радиоактивных отходов и предупреждает их утечку (герметизация процессов, связанных с образованием радиоактивных газов и аэрозолей, применение оборотного цикла водоснабжения и т.д.); методами обезвреживания, централизованного сбора и захоронения радиоактивных отходов; организацией санитарно-защитных зон.

Природный фон - один из главных, но не единственный важный источник облучения человека. Естественный радиационный фон и технологически измененный - два важнейших источника облучения, которые наряду с третьим источником - медицинскими диагностическими процедурами - обусловливают основной и решающий вклад в популяционную дозу облучения. Однако существует ряд других, существенно менее значимых источников, среди которых наиболее важны и хорошо изучены глобальные радиоактивные выпадения, обусловленные испытательными взрывами ядерного оружия.

В таблице 19 приведены средние индивидуальные эффективные дозы облучения населения России в 1997 г.

Данные таблицы 4 свидетельствуют о решающем вкладе в формирование популяционной дозы естественного и техногенно измененного естественного радиационного фона за счет пребывания в зданиях, а также за счет рентгенологических и радиоизотопных диагностических исследований. Излучение, обусловленное искусственными радионуклидами, рассеянными в биосфере до аварии на ЧАЭС, имеет гораздо меньший удельный вес.

Таблица 4

Средние индивидуальные эффективные дозы облучения населения России в

1997г, мкЗв/год, (Ильин, 1999)