Глава 4
БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Р УСЛОВИЯХ ДЕЙСТВИЯ ФИЗИЧЕСКИХ
ПОЛЕЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ
ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
§ 4.1. ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ, ИХ ИСТОЧНИКИ
И НОРМИРОВАНИЕ
Ионизирующими называются излучения, которые, проходя через
среду, вызывают ее ионизацию. По своей природе ионизирующее
излучение бывает фотонное и корпускулярное.
Фотонным называется электромагнитное косвенно ионизи-
рующее излучение. Он включает у-излучение и рентгеновское (X)
излучение:
• у-излучение возникает при изменении энергетического со-
стояния атомных ядер или при аннигиляции элементарных частиц
(например, электрона и позитрона);
• Х-излучение — это фотонное излучение, состоящее из тор-
мозного или характеристического излучения. Тормозное излуче-
ние имеет непрерывный энергетический спектр и возникает при
Уменьшении кинетической энергии заряженных частиц. Характе-
ристическое излучение имеет дискретный энергетический спектр
И возникает при изменении энергетического состояния электро-
н°в атома.
Корпускулярное излучение — ионизирующее излучение, состоя-
из частиц с массой покоя, отличной от нуля. К корпускуляр-
ному излучению относятся:
• ^-излучение, состоящее из электронов или позитронов;
• протонное излучение, состоящее из протонов \'Н+;
• нейтронное излучение, состоящее из нейтронов 1п°;
• Нейтронное излучение, состоящее из ядер изотопа водорода —
2Д+;
...¦ , : 227
• а-излучение, состоящее из двух протонов и двух нейтпп,.
4Не2+ (ядро гелия); . °6
• потоки многозарядных ионов;
• продукты ядерных реакций деления.
Ионизирующее излучение воздействует на биологические og,
екты, вызывая в них сложную цепь процессов. Первичное дейст
вие излучения реализуется в физических, физико-химических и
химических процессах, протекающих в клетках, тканях и жидки*
средах организмов с образованием химически активных свобод-
ных радикалов и других промежуточных частиц (Н+, ОН\"), обла-
дающих значительной окислительно-восстановительной способ-
ностью. В последующем образуются различные перекисные со-
единения (Н2О2 и др.). Основное значение в развитии радиацион-
ных поражений имеют нарушения физической регенерации
клеток и тканей, а также изменения функции регуляторных сис-
тем.
Степень чувствительности различных тканей к облучению не-
одинакова. Особенно велика чувствительность к радиации крове-
творных органов. Так, при однократном облучении всего тела че-
ловекадозой 0,5 Гр1 черезсутки после облучения резко сокращает-
ся число лимфоцитов (продолжительность жизни которых меньше
суток). По истечении двух недель после облучения уменьшается
также и количество эритроцитов (красных кровяных телец). Про-
должительность жизни эритроцитов примерно 100 суток. У здоро-
вого человека насчитывается порядка 1014 красных кровяных те-
лец (при ежедневном воспроизводстве 1012), у больного лучевой
болезнью такое соотношение нарушается, и в результате организм
погибает.
На биосферу непрерывно воздействуют космические излуче-
ния, излучения многочисленных радионуклидов, рассеянных в
земных породах, воде подземных источников, рек, морей и океа-
нов, в воздухе и входящих в. состав живых организмов. Совокуп-
ность этих излучений называется природным (естественным) Ра~
диоактивным фоном. Дозы естественного излучения являются зна-
чительно более высокими, чем те, которые генерируются техникой»
созданной человеком. Исключение составляет медико-радиолог
ческое оборудование. Ниже показана доля облучения телачелове
различными источниками (годовое фоновое облучение, мкЗв)-
1 О дозах облучения см. ниже в этом параграфе.
228
естественные источники
си1ические излучения 310
^ния почв 1180
от человека .-,.. ... 370
0 1860
Искусственные источники
рицина 500
Ядерное оружие 10
Лаборатории, промышленность 9
АЭС • • 3
Прочие 8
0того 530
Всего . 2390
Напомним, что нуклидом называют ядра элементов с данным
числом нуклонов (Ап — Z+ N; trqZ— число протонов, jV— число
нейтронов) и данным зарядом (Z) ядра.
Из 2276 нуклидов, известных в настоящее время, стабильными
являются 271. Остальные нуклиды (радионуклиды) претерпевают
превращения путем одного или нескольких последовательных
распадов, которые сопровождаются испусканием частиц (а, р, я)
или у-квантов, с последующим превращением в стабильные нук-
лиды.
Распад и последующее биологическое действие любого радионук-
лида описываются рядом важных характеристик, к которым отно-
сятся следующие.
• Активность. Число распадающихся атомных ядер в секунду в
заданном образце (данной пробе) измеряется в беккерелях (Бк).
^Дельная активность данного радиоактивного образца измеряется
в беккерелях на килограмм (Бк/кг).
• Поглощенная доза излучения. Поглощенная энергия излуче-
ния, измеренная в джоулях на 1 кг массы тела. Выражается в греях
Щ 1 Гр = 1 Дж/кг.
• Эквивалентная доза ионизирующего излучения. Поглощенная
в греях, умноженная на коэффициент качества к, выражается
зивертах (Зв): 1 Зв = к ¦ 1 Гр.
• Коллективная эквивалентная доза. Средняя для населения
, умноженная на численность населения, выражается в челове-
°~зивертах (сокращенно чел.-Зв).
¦.г...*- ...... -.....¦ 229
Один беккерель соответствует одному ядерному преобразо„
нию в секунду и означает, что одно радиоактивное атомное 54
распадается за одну секунду и выделяет энергию излучецйя
Покажем на конкретном примере, как рекомендованные госуда
ственными стандартами уровни радиации в продаваемых пищев^
продуктах, выраженные в значениях удельной радиоактивносщ
(Бк/кг), могут быть переведены в поглощенные дозы (в греях или щ
вертах).
Возьмем самый обычный из основных продуктов питания —
ко. Контрольное значение для цезия-137 равно 300 Бк/кг.
Сначала вычислим высвобождающуюся при каждом распаде энеп.
гию. Для случая с цезием-137при превращении атомного ядра в ста-
бильное ядро бария высвобождается 720 000 эВ. Из этой энергии в
среднем 90 000 эВ выделяется в виде C-, а 630 000 эВ — в видеу-излу.
чения.
137Cs -» 137Ва + Р + у. D.1)
Поскольку 1 эВ соответствует 1,6-10~19 Дж, можно вычис-
лить, что 720 ОООэВравны 1,2 ¦ 10~13 Дж. Таким образом, прираспа-
де одного атома цезия высвобождается энергия, равная 1,2 • 10~13Дж.
Выпив 1л молока с радиоактивностью, соответствующей кон-
трольному значению, человек увеличивает свою радиоактивность на
величину, соответствующую 300 распадам цезия в секунду.
Хотя период полураспада цезия составляет 30 лет, поглощенный
цезий, однако, не остается в организме до полного радиоактивного
распада и выводится из него в соответствии с периодом полувыведе-
ния, установленным для этого нуклида, поэтому можно утвер-
ждать, что атомы цезия находятся в организме примерно в течение
трех месяцев.
Суммарное количество распадов в организме человека, обуслов-
ленное потреблением 1л молока с 300 Бк цезия-137, влечет за собой
2,3 • 10 9 распадов в организме.
Умножение энергии, высвобождающейся при каждом распаде, #й
количество распадов: 1,2 ¦ 10 ~13 ¦ 2,3- 10 я = 2,8- 10 ~4Дж. Изэтой
энергии примерно половина поглощается телом, а остальная час№
энергии излучается в окружающую среду. По оценкам, энергия, погЛ°
щенная телом, составляет 1,4 ¦ 10 ~4 Дж.
Теперь остается вычислить поглощенную дозу в греях, когпор
равна энергии, поглощенной из расчета на 1 кг массы тела. Если пР
нять, что средняя масса человека равна 70 кг, поглощенная доза с
ставляет 2 ¦ 10 ~6 Тр.
230 . . .
г
Один литр молока с 300 Бк цезия-137дает в нашем примере дозу в
п(Ю2 Mfy u тем самым дозу, эквивалентную 0,002 мЗв.
\' Дозы, обусловленные р- и у-излучениями, могут суммировать-
, независимо от их распределения во времени. Подобным же об-
с зОм могут быть вычислены накопленные годичные дозы, полу-
\'\'аеМЫе от других пищевых продуктов.
Даже если предположить, что масса всех потребляемых челове-
ком за год ПРОДУКТОВ составляет около 400 кг и что в каждом кило-
грамме содержится 300 Бк цезия-137, то средняя годовая доза для
населения составит всего лишь 0,8 мЗв.
Рассмотрим простейший случай, в котором радионуклид А,
^спуская излучение Y, превращается в стабильный нуклид В:
А -> В + Y. D.2)
Число распадающихся в единицу времени ядер dN/dt пропор-
ционально числу имеющихся ядер N:
-dN/dt =N. D.3)
Коэффициент пропорциональности называется постоянной
распада, он имеет размерность [с~\']. Интегрирование уравнения
D.3) при условии, что в начальный момент времени / = 0 количе-
ство радиоактивных ядер составляет No, приводит к уравнению:
N = Noe~^\'.