ЧТО ТАКОЕ РАДИАЦИЯ виды источники

ЧТО ТАКОЕ РАДИАЦИЯ ? виды …. источники … воздействие …. нормирование …

Прошло немногим более 100 лет c тех пор, как стало известно, что люди живут в мире пронизанном радиацией, и около 60 лет с начала появления техногенных источников облучения человека. С 50 -х годов прошлого века среднегодовое значение эффективной дозы человека возросло почти вдвое ! В общем смысле радиация это потоки частиц и электромагнитных квантов, образующиеся при ядерных превращениях, то есть в результате ядерных реакций или радиоактивного распада в окружающем нас мире. Поэтому радиация может иметь корпускулярную или электромагнитную природу.

Негативные последствия облучения человека связаны, в первую очередь, с воздействием ионизирующей радиации, т. е. с корпускулярным или электромагнитным излучением, способным вызвать ионизацию атомов вещества. Ионизация – выбивание электронов с оболочек атомов, т. е. образование в веществе ионов разных знаков. Это приводит к нарушению внутримолекулярных связей. На ионизацию требуется определенная энергия. Поэтому не весь диапазон электромагнитного излучения способен ионизировать вещество, а только рентгеновские лучи и гамма-кванты. E А Eе Б E В E E e- Схема фотоэффекта (А), комптоновского рассеяния (Б) и образования электрон-позитронной пары (В) Гамма-квант может пройти через слой вещества без взаимодействия. Заряженные частицы взаимодействуют с атомными электронами через кулоновское поле и поэтому ионизируют вещество со 100% вероятностью.

Ионизирующая способность гамма-квантов и частиц сильно зависит от Z вещества и заряда частицы, а также от энергии. Если энергия велика, то выбитые с атомной оболочки электроны в свою очередь могут ионизировать другие атомы. Тяжелые заряженные частицы образуют в веществе треки вдоль своего пути. Нейтральные частицы не могут сами непосредственно ионизировать вещество при движении в нем. Но они могут инициировать ядерные реакции при столкновении с ядрами атомов, а могут и пройти через вещество без взаимо-действия. В результате этих ядерных реакций могут образовываться заряженные частицы и гамма-кваны, которые уже непосредственно ионизируют вещество. Поэтому нейтральные частицы называют косвенно ионизирующим излучением.

Ионизирующее излучение при взаимодействии с веществом передает ему энергию. Мерой этой энергии является ПОГЛОЩЕННАЯ ДОЗА. Единица поглощенной дозы – Грей (1 Гр = 1 Дж/1 кг). Вильгельм Конрад Рентген 1845 -1923 Грей Льюис Гарольд 1905 -1965 Рольф Зиверт 1896 -1966 1 Р – единица экспозиционной дозы 1 Гр – единица поглощенной дозы 1 Зв – единица эквивалентной дозы РАДИАЦИОННЫЙ ПАРАДОКС ! Прямая ионизация и непосредственная передача энергии излучения живым тканям не может объяснить столь сильного повреждающего действия облучения. Так, при абсолютно смертельной для человека поглощенной дозе 6 Гр на все тело в 1 см 3 живой ткани образуется 1015 ионов, т. е. один ионизированный атом приходится на 20 миллионов нормальных. Теплопередача при этом также ничтожна. Действительно теплоемкость воды, на 75 % составляющей ткани человека, составляет 4200 Дж кг-1 град-1. Переданная энергия 6 Дж кг-1 повысит температуру тела на 1/4200 = 2, 4 10 -4 о. С. Поэтому долгое время оставалось непонятным столь драматическое действие радиации на живые объекты, поскольку прямых эффектов разрушения клеток в организме слабоионизирующим излучением (гамма-квантами) явно недостаточно для его гибели.

По мере развития радиобиологии стало ясно, что большинство радиационных эффектов обусловлено косвенными факторами облучения. Главным следствием облучения является радиолиз воды, содержащейся в организме (7080 % по весу), т. е. образование химически высокоактивных свободных радикалов водорода Н*, гидроксила ОН* и др. СВОБОДНЫЙ РАДИКАЛ - это атом или группа атомов, которые содержат по крайней мере один непарный электрон. А если электрон непарный, другой атом или молекула с лёгкостью присоединяются к нему (главным образом, белковые молекулы). В результате образуются несвойственные организму (и потому токсичные) стабильные химические вещества, которые наносят вред организму. Свободные радикалы могут разрушать мембраны клеток или ДНК внутри клеток, в результате чего клетки погибают. Молекула, от которой радикал оторвал электрон, сама становится радикалом. Поэтому радикалы диффундируют в организме какое-то время даже после того как облучение прекратилось и являются причиной цепных каталитических реакций, вследствие чего их негативное действие накапливается. Выяснилось, что «прямое» действие излучения ответственно за 10 -20% лучевого поражения гамма-квантами, тогда как «косвенное» действие радиации ответственно за 80 -90% лучевого поражения как клеток, так и органов. формирование гидроксильного радикала ОН Углерод-содержащий радикал вступает в реакцию с молекулярным кислородом, образуя пероксидный радикал СОО Радикал ОН извлекает атом водорода из боковых цепей ненасыщенных жирных кислот, при этом образуется углерод-содержащий радикал и молекула воды Пероксидный радикал извлекает водород из боковой цепи ненасыщенных жирных кислот, образуя липидный гидропероксид и еще один углерод-содержащий радикал

При облучении клетки ионизирующим излучением поражаются все её структуры. Вероятность поражения тех или иных молекул определяется их размером: чем крупнее молекула, тем, естественно, больше вероятность её повреждения. Именно поэтому основной «мишенью» радиационного поражения клетки является ДНК. В результате прямой ионизации самой молекулы ДНК или её атаки радикалами происходит разрыв химических связей между атомами. Разрыв связей в сахаро-фосфатном скелете нарушает непрерывность нити ДНК. При поврежденной ДНК клетка погибает. В принципе, одиночные разрывы ДНК постоянно возникают и без всякой связи с облучением, просто вследствие тепловой нестабильности ДНК, а также в результате некоторых окислительных и ферментативных процессов. ДНК обладает свойством репарации (сшивки) разрывов и восстановления своей функции. Одиночные разрывы ДНК происходят под действием слабоионизирующего излучения (например, гамма-квантов), но они хорошо репарируются, поэтому основным негативным эффектом гамма-облучения являеюся свободные радикалы. Сложные двойные и кластерные разрывы плохо или совсем не репарируются, т. е. с большой вероятностью клетка погибает. Именно такие разрывы ДНК осуществляются под действием тяжелых заряженных ионов. Поэтому при облучении организма тяжелыми заряженными частицами (сильно ионизирующее излучение) вред обусловлен, главным образом, прямыми эффектами, а не радиолизом.

В силу то, что способность ионизировать среду сильно зависит от типа излучения, биологические эффекты облучения определяются не только абсолютным значением поглощенной дозы (энергии), но качеством излучения (величиной линейной передачи энергии частицей веществу – ЛПЭ). Это означает, что разные виды излучения при одной и той же величине поглощенной дозы будут существенно различаться по производимому ими вреду. Поэтому, чтобы характеризовать негативные биологические эффекты используют понятие эквивалентной дозы (Н), т. е. дозы равной для разных видов излучения по биологическому эффекту, а не по поглощенной дозе. Н = k D, где k – коэффициент качества излучения, зависящий от типа частицы и ЛПЭ (а ЛПЭ в свою очередь зависит от энергии излучения). Единица эквивалентной дозы - зиверт (Зв) – один зиверт соответствует поглощенной дозе в 1 Дж/кг, умноженной на коэффициент качества излучения. Если грубо, то для рентгеновского, гамма- и бета-излучений коэффициент качества можно принять равным 1, для альфа -частиц – равным 20, для нейтронов до 20. В настоящее время для целей радиационного нормирования облучения людей используется величина эффективной эквивалентной дозы. Эффективная эквивалентная доза – это эквивалентная доза, умноженная на коэффициент, учитывающий различную чувствительность разных видов человеческих тканей к облучению. Существуют коэффициенты радиационного риска для разных тканей человека при равномерном облучении всего тела: 0, 12 – красный костный мозг и легкие; 0, 03 – костная ткань и щитовидная железа; 0, 15 – молочная железа; 0, 25 – половые железы; 0, 30 – другие ткани. Эффективная эквивалентная доза отражает суммарный эффект облучения для организма и также измеряется в зивертах. Окончательно, эффективная эквивалентная доза Еэфф на все тело человека определяется как: k – коэффициент качества излучения, зависящий от его вида i; i – поглощенная доза данного вида излучения i в органе j, k Dij i тканевый коэффициент данного органа j.

Радиочувствительность организмов Последствия облучения организма человека Радиационные эффекты облучения людей млекопитающие хвойные леса смешанные леса кустарники тропические леса луговые травы насекомые мхи и лишайники бактерии 101 102 103 104 105 Доза, Гр Радиочувствительность организмов к гамма-излучению Соматические нестохастические Соматические стохастические Генетические Острая лучевая болезнь Сокращение продолжительности жизни Лейкозы (злокачественные изменения кровообразующих органов) Доминантные генные мутации Хроническая лучевая болезнь Локальные лучевые повреждения Опухоли разных органов и клеток Рецессивные генные мутации Хромосомные аберрации Классификация последствий облучения человека

Радиация – природный фактор, воздействующий на живую материю на протяжении всей эволюции и способствовавший её формированию путем поддержания определенного уровня мутаций. Живая природа выработала в ходе эволюции адаптивный ответ на радиационное воздействие, а именно механизмы репарации на клеточном уровне при облучении сравнительно небольшими дозами. ПРИРОДНЫЕ ИСТОЧНИКИ ОБЛУЧЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА Практически все химические элементы - это набор изотопов, т. е. атомов, ядра которых имеют одно и тоже массовое число (заряд = числу протонов), но разную массу за счет различия числа нейтронов в ядре. Изотопный состав элементов практически одинаков во всей Солнечной системе. Элементов сегодня известно немногим более 100, а изотопов более 3100. Большинство изотопов нестабильны, т. е. подвержены самопроизвольным ядерным превращениям (распадам) с вероятностью, характеризуемой периодом полураспада. Диапазон Т 1/2 невероятно велик, от ядерных времен до десятков миллиардов лет. Распад сопровождается испусканием заряженных частиц – электронов и позитронов (бета-частицы) и альфа-частиц, а также гамма-квантов. Т. е. такие изотопы радиоактивны и называются радионуклидами. В конечном итоге в процессе распада радионуклиды превращаются в стабильные изотопы. В начале времен существовало очень много радионуклидов, но за время существования Земли (4 -5 млрд. лет) подавляющая их часть распалась (исчезла).

РАДИОАКТИВНЫЕ НУКЛИДЫ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ Практически все природные вещества содержат радионуклиды, хотя зачастую в столь малой концентрации, что обнаружить их возможно лишь с помощью специальных высокочувствительных методов. Сказанное справедливо для всех видов веществ, составляющих окружающую среду (вода в различных формах, воздух, камни, почва и т. д. ), а также для тканей живой материи. Радионуклиды содержащиеся в окру. Основные космогенные радионуклиды в воздухе жающей среде имеют различное происхождение: Радио. Период Тип распада и Скорость образования в нуклид полураспада (лет) 3 H 12, 32 0, 146 (53, 3 дня) 1, 52 106 5715 2, 605 7, 1 105 160 0, 239 (87, 2 дня) 3, 01 105 268 7 Be 10 Be 14 C 22 Na 26 Al 32 Si 35 S 36 Cl 39 Ar энергия частиц (Мэ. В) - 0, 0186 ЕС 0, 862 - 0, 555 - 0, 1565 + 0, 545 + 1, 16 - 0, 213 - 0, 167 - 0, 709 - 0, 565 атмосфере (атом м-3 с-1) 2500 81 300 17000 -25000 0, 5 1, 2 1, 6 14 60 56 гут идти также на вторичных протонах. Например: n + 14 N 3 H + 12 C , p + 14 N n + 14 C. Однако из-за медленного процесса перемешивания воздушной массы атмосферы в целом, короткоживущие и промежуточные космогенные радионуклиды успевают распасться до того момента, когда они достигают земли. космогенные примордиальные техногенные Космогенные радионуклиды образуются за счет взаимодействия с ядрами азота, кислорода, аргона и углерода, главным образом, вторичных нейтронов. В верхних слоях атмосферы реакции образования радионуклидов мо. Радионуклид Поступление, Бк/год Годовая эффективная эквивалентная доза, мк. Зв 3 H 250 50 20000 50 0. 004 0. 002 12 0. 15 7 Ве 14 C 22 Na

На Земле осталось 23 наиболее долгоживущих природных радионуклидов с периодами распада от 107 лет и более (примордиальных), содержащихся в грунте и, естественно, в воде и пище. Наибольшее значение имеют 40 К и семейства урана и тория. Радионуклид Распространенность, % 40 K 0, 0117 0, 250 27, 83 95, 72 0, 905 0, 092 23, 80 15, 0 11, 3 2, 59 0, 162 62, 60 0, 012 99, 3 0, 7 100 50 V 87 Rb 115 In 123 Te 138 La 144 Nd 147 Sm 148 Sm 176 Lu 174 Hf 187 Re 190 Pt 238 U 235 U 232 Th Вид распада и энергия частиц, Мэ. В - EC 1, 31 - EC 0, 601 - 0, 273 - 1, 0 EC 0, 052 - EC 2, 23 1, 96 - 1, 188 - 0, 0025 , , , - Период полураспада, лет 1, 28 109 1, 4 1017 4, 88 1010 4, 4 1014 1, 3 1013 1, 06 1011 2, 1 1015 1, 6 1011 7, 0 1015 3, 8 1010 2, 0 1015 4, 2 1010 6, 5 1011 4, 46 109 7, 04 108 1, 41 1010 Из всех природных радионуклидов следует подчеркнуть особую значимость 40 К, который широко распространен в природе и, будучи биогенным элементом, в основном обусловливает естественную радиоактивность растительных и животных организмов, в том числе и тела человека.

РЯДЫ УРАНА И ТОРИЯ 238 U 92 лет 4, 46 109 88 214 Po 84 226 Ra 1602 года 1, 64 10 -4 сек 234 Th 90 24 дня 218 Po 84 210 Pb 82 3, 824 дня 22 года 3, 05 мин 210 Bi 83 5, 01 дня 234 U 92 214 Pb 82 2, 47 105 лет 1, 2 мин 86 222 Rn 234 Pa 91 26, 8 мин 210 Po 84 138, 4 дня 230 Th 90 214 Bi 7, 8 104 лет 83 19, 7 мин 206 Pb 82 стабил. Цепочка распада 238 U 235 U 92 7, 1 108 лет 223 Ra 88 207 Tl 83 11, 43 дня 4, 78 мин 231 Th 90 219 Rn 86 3, 96 сек 231 Pa 91 3, 24 104 лет 25, 52 часа 215 Po 84 1, 78 10 -3 сек 227 Ас 89 21, 77 года 211 Pb 82 36, 1 мин 227 Th 90 18, 7 дня 211 Bi 83 2, 15 мин 207 Pb 82 стабил. Th Цепочка распада 235 U 232 Th 90 1, 41 1010 лет 220 Rn 86 55, 6 сек 228 Ra 88 216 Po 84 5, 77 лет 0, 15 сек 228 Ас 89 212 Pb 82 6, 13 часа 10, 64 часа Существуют четыре длиннораспадные цепочки генетически связанных радионуклидов, начинающихся с U, Th и Np и оканчивающихся Pb или Bi. Эти радионуклиды и их дочерние продукты определяют естественную радиоактивность грунта. Состав природного урана 238 U- 99, 275 %, 235 U – 0, 72 %, 234 U – 0, 0057 % Состав природного тория 232 Th - 100 % Удельная активность 232 Th 4, 06 106 Бк/кг. Удельная активность 238 U 1, 244 107 Бк/кг, а природного урана (естественной смеси изотопов 234, 235 и 238) 2, 54 107 Бк/кг. Распад урана и тория генерирует половину тепла Земли. 228 Th 90 1, 913 года 212 Bi 83 60, 6 мин 3, 1 мин Цепочка распада 232 Th 3, 64 дня 212 Po 84 3, 04 10 -7 сек 208 Pb 82 208 Tl 83 224 Ra 88 стабил.

Уран входит в состав коренных скальных пород Земли гранита, гнейса и базальта (более чем в 60 различных минералах). В результате распада 238 U образуется радиоактивный радон (газ). Поэтому природный уран является источником как внешнего так и внутреннего облучения человека. Наиболее богатое его содержание в ураните, который обнаружен в западной Европе (Чехия, Альпы), Центральной Африке (Катанга, Габон), Канаде, Австралии, Казахстане и Узбекистане. В США и России уран содержится большей частью в минерале карнотите (до 30 % урана). Россия по запасам урана, с учетом резервных месторождений, занимает 9 место в мире. Тория в природе содержится намного больше, чем урана (всего в полтора раза меньше чем свинца, например). Другое отличие состоит в том, что торий широко рассеян по планете, а уран сконцентрирован в ряде месторождений. Но в океанской воде его меньше, чем урана, т. к. он имеет плохую растворимость. Наибольшее количество тория имеет минерал моназит, буро-золотистого цвета фосфат, содержа-щий от 1 до 15 % Th. O 2 и, как правило, 0, 1 - 1 % U 3 O 8. Также содержится в небольших количествах в грани-тах и гнейсах. Наибольшие скопления моназита в виде песка найдены в Индии, Египте, Южной Африке, Бразилии, США и Канаде.

Территориальное распределение природной радиоактивности земной коры Концентрация различных радионуклидов и природная радиоактивность земли сильно колеблется по территории в зависимости от состава минералов в выходящих на поверхность коренных породах или вида почвы. Так например, содержание тория и радия в гранитах много выше, чем в песчанике или известняке. В среднем, все осадочные породы обладают примерно в 4 раза меньшей радиоактивностью, чем вулканические. Поэтому, среднегодовая доза населения земного ша -ра за счет излучения земли сильно варьируется в зависимости от места проживания. В ряде районов Земли наблюдается особо высокий фон природной радиоактивности. Это прибрежные зоны штаты Керала и Тамилнад в Индии и штаты Эспериту-Санту, Минас-Жерайс и Рио-де-Жанейро в Бразилии, где на поверхности имеются мощные залежи монацитовых песков с высоким содержанием 232 Th и 238 U. В штате Минас-Жерайс вблизи побережья в 200 км к северу от Сан-Паулу есть небольшая возвышенность. Как оказалось, здесь уровень радиации в 1000 раз превосходит средний и достигает 0, 35 Зв/год. Город Среднегодовая Население штата Керал в Индии получает годовые дозы от 10 -2 до 8 10 -2 доза, м. Зв Зв/г, т. е. в десятки раз больше, чем в среднем по планете ( 8 10 -4 Зв/г Алма-ата 1, 6 ± 0, 1 без учета радона, космического и антропогенного облучения). Во Франции найден небольшой район, где фон от земли составляет 0, 88 Астрахань 0, 8 ± 0, 06 Зв/г. С другой стороны, на коралловых архипелагах в Тихом океане Вильнюс 1, 0 ± 0, 06 природный фон составляет всего (3 -4) 10 -4 Зв/г. Ереван 0, 75 ± 0, 06 Кишинев Москва Новосибирск Рига Санкт. Петербург Таллин Якутск Дубна 0, 6 ± 0, 02 0, 9 ± 0, 05 0, 8 ± 0, 031, 1 ± 0, 11 1, 2 ± 0, 08 0, 9 ± 0, 05 0, 7 ± 0, 06 0, 82 ± 0, 05 На территории России также существуют районы с повышенным радиационным фоном, это, например, район Выборга, расположенный на гранитной платформе, Ленинградская область, некоторые районы Северного Кавказа. По оценкам собственный радиационный фон земли на планете создает в среднем эффективную эквивалентную дозу за счет внешнего облу- чения человека 0, 4 -0, 5 м. Зв/год.

Виды облучения от радионуклидов – внешнее и внутреннее. Облучение внешним излучением длится, пока существует его источник, внутреннее облучение – хроническое. Опасность облучения сильно зависит от его вида. Пример – альфа-частицы. Радионуклиды, попавшие внутрь организма (ингаляционный, пероральный и резорбционный пути) называются инкорпорированными. Что делается затем с этими радионуклидами? Два пути – радиоактивный распад или биологическое выведение из организма с отходами. Скорость биологического выведения зависит от того, как данное вещество вовлечено в метаболические процессы. Есть радионуклиды, которые выводятся из организма много быстрее, чем распадаются. С другой стороны, отдельные органы (их называют критическими) могут избирательно накапливать те или иные радионуклиды. Так, до 30 % всего иода, содержащегося в теле, депонируется в щитовидной железе, масса которой составляет только 0, 03 % массы тела. Особую опасность с точки зрения внутреннего облучения представляет собой радон. Радон естественный инертный радиоактивный газ в 7, 5 раза тяжелее воздуха. 222 Rn образуется при распаде 226 Ra в цепочке распада 238 U, 220 Rn (торон) при распаде 224 Ra в цепочке распада тория 232. Вклад 226 Ra во внутреннее облучение больше, чем 220 Rn. Радон высвобождается из земной коры повсеместно, но его концентрации в наружном воздухе существенно различается для различных точек планеты. Радон может попадать также внутрь организма вместе с питьевой водой, однако основную часть дозы человек получает ингаляционным путем. Опасность радона обусловлена тем, что он является эмиттером альфа-частиц большой энергии (5, 5 Мэ. В), которые облучают верхушки легких. Средняя годовая эффективная эквивалентная доза в мире составляет по 222 Rn 1, 0 м. Зв/год, по 220 Rn 0, 25 м. Зв/год (в России суммарная доза по радионуклидам радона составляет около 1, 7 м. Зв/год). Таким образом, радионуклиды радона дают основной вклад во внутреннее облучение человека и более 50 % всей годовой дозы от всех природных источников радиации.

Несмотря на свою тяжесть, радон медленно диффундирует из земли в атмосферу. Существуют суточные и сезонные вариации поступления радона из почвы. Радон поступает в здания через фундамент и скапливается преимущественно в нижних этажах зданий, особенно в закрытых, непроветриваемых помещениях. Особенно высока концентрация радона в каменных (гранитных) зданиях северных стран (Скандинавии, Финляндии, Англии), стены которых сами эманируют радон.

РАДИАЦИЯ В КОСМОСЕ - солнечный ветер - СКЛ - ГКИ

"Солнечный ветер” постоянный поток высокотемпературной плазмы в межпланетном космическом пространстве, обусловленный непрерывным расширением солнечной короны. СВ представляет собой низкоэнергетическую часть корпускулярного излучения Солнца (Е десятков Кэ. В). Солнечные космические лучи (СКЛ) с Е от 0, 1 Мэ. В до сотен Мэ. В (но иногда и до нескольких десятков Гэ. В) генерируются при вспышках на Солнце, которые наблюдаются в виде гигантских протуберанцев над его поверхностью. Активность Солнца подвержена циклическим вариациям с периодом 11 лет. Основная доля частиц, долетающих при вспыш -ках до Земли протоны, но есть также небольшое количество легких ядер. Длительность солнечных вспышек обычно не превышает нескольких суток, однако потоки корпускулярного излучения при этом могут быть весьма значительными. Галактические космические лучи (ГКЛ) рождаются в глубоком космосе и отличаются сложным компонентным составом. “Возраст” ГКЛ, приходящих в Солнечную систему, составляет 2, 5 – 33 млн. лет. Предполагается, что частицы с относительно небольшой энергий приходят из нашей галактики, а частицы сверхвысоких энергий имеют внегалактическое происхождение. Угловое распределение ГКЛ практически изотропно. Энергетический спектр ГКЛ простирается до десятков Тэ. В/нуклон. В составе ГКЛ содержатся электроны ( 1 %), протоны ( 80 %), и ядра различных элементов. Интенсивность ГКИ меняется примерно вдвое в противофазе с солнечной активностью. Связано это с тем фактом, что в периоды максимальной солнечной активности магнитосфера Солнца значительно возрастает, достигая орбиты Юпитера, и отклоняет заряженные частицы из глубокого космоса.

Земля обладает магнитным полем, способным отклонять заряженные частицы, идущие из космоса, и не позволяет частицам с энергией меньше пороговой достигать атмосферы. Наименьшее значение пороговой энергии у полюсов. Поэтому проникающий в атмосферу поток частиц космики, сильно зависит от широты местности. Солнце обладает мощнейшим магнитным полем. Сгустки солнечного ветра, являющиеся по существу токами, также создают магнитные поля, взаимодействующие с магнитным полем Земли, в результате чего оно сжимается со стороны Солнца. Хвост магнитосферы Земли простирается на миллионы километров далеко за Луну. Магнитосфера Земли отклоняет заряженные частицы солнечного ветра, но малая их часть может достигать атмосферы в районах полюсов (северные сияния)

Заряженные частицы, захваченные магнитным полем Земли, образуют радиационные пояса. Движение частиц в радиационном поясе Радиационный пояс Земли представляет собой, в первом приближении, тороид, в котором выделяется две области: внутренний радиационный пояс на вы- соте ≈ 400 -12000 км, состоящий преимущественно из протонов с энергией в десятки и сотни Мэ. В и внешний радиационный пояс на высоте 12000 -60000 км, состоящий преимущественно из элект- ронов с энергией в десятки кэ. В. Потоки частиц во внешнем поясе намного больше, чем во внутреннем.

Наиболее близко радиационные пояса подходят к земной атмосфере в районе южной Атлантики – ЮАА (южная Атлантическая аномалия) – до высот 800 -1000 км. Есть еще ряд более слабых аномалий – кейптаунская, сибирская и т. д. В центральной зоне внутреннего радиационного пояса, находящейся на расстоянии 6000 -12000 км от поверхности Земли, мощность дозы облучения протонами достигает нескольких Зв в сутки. Радиационная опасность от электронов РПЗ внешнего пояса еще больше (доза составляет сотни и тысячи Зв в сутки). Пространственное распределение одиночных сбоев микросхем на высоте 500 км

АТМОСФЕРА ЗЕМЛИ Толщина атмосферы и её характеристики различны у полюсов и экватора. Принято считать толщину стандартной атмосферы равной 1030 г/см 2 (высота 1000 км). Это большая толщина. Наличие атмосферы подавляет непосредственное облучение поверх -ности Земли первичным космическим излучением. Частицы же падают на неё под разными углами. Однако, главным с точки зрения прохождения излучения через вещество и ослабления в нем первичного излучения, является факт, что при таких энергиях основным каналом диссипации энергии первичной частицы становятся не ионизационные и радиационные потери энергии при торможении, а образование за счет ядерных реакций с воздухом большого числа вторичных частиц с меньшей энергией (межъядерного каскада). p + ядра воздуха p + n + + ; n + ядра воздуха p + n + + ; 0 2 4 e и так далее; e + 2 и так далее. Мюоны (в основном) образуют жесткую компоненту вторичного космического излучения у земной поверхности, обладающую большой проникающей способностью. Мюоны у земной поверхности составляют 50 % всех заряженных частиц. Мягкая компонента электрон-позитронные пары и -кванты. Потоки вторичных частиц на уровне моря в средних широтах составляют примерно: • заряженные частицы (мюоны) 1, 5 10 -2 мюонов/см 2 с; • нейтроны с Е 10 Мэ. В 3 10 -3 нейтронов/см 2 с; • нейтроны с Е 10 Мэ. В 4 10 -3 нейтронов/см 2 с.

Высотная зависимость эквивалентной дозы вторичного космического излучения (усредненная в полосе широт 430 550 N и по двум периодам солнечной активности - максимуме и минимуме. Высота, км 0 4 6 8 10 Н, мк. Зв/час 0, 035 0, 20 0, 51 1, 35 2, 88 Высота, км 12 14 16 18 20 Е, мк. Зв/час 4, 93 7, 56 9, 70 11, 64 12, 75 Население Земли расселено, в основной массе, в диапазоне высот 0 -3 км и с учетом широтного эффекта среднегодовое значение эффективной эквивалентной дозы от космического излучения для населения различных ареалов может различаться до 10 раз. ТЕХНОГЕННАЯ РАДИАЦИЯ Антропогенными источниками радиоактивного загрязнения среды и дополнительного облучения человека являются: испытания ядерного оружия, выбросы радионуклидов из АЭС и отходы АЭС и предприятий ядерного топливного цикла, аварии на предприятиях ядерной энергетики, производство радиоактивных изотопов для различных хозяйственных целей, сгорание в атмосфере спутников с ядерными энергетическими установками, медицинские облучения и радиофармпрепараты для терапии и диагностики, использование радионуклидов для контроля технологических процессов в металлургии, применение излучательных установок в народном хозяйстве и т. д. Рост объемов добычи ископаемых, приводящей к поднятию на поверхность глубинных пород, резкое возрастание сжигания углеродсодержащего топлива, полеты на высотных лайнерах и общая урбанизации жизни тоже приводят к повышенному облучению населения Земли за счет естественных источников излучения, которое имеет антропогенную природу.

После пятидесятых годов прошлого века, с момента освоения ядерной энергии, человечество в процессе своей жизнедеятельности стало производить, накапливать и выбрасывать в окружающую среду большое количество радионуклидов, как тех, что встречаются в природе, так и новых, искусственно созданных. В результате этого естественный радиационный фон стал изменяться. Обычно при облучении всего населения рассматривают три категории антропогенного радиационного фона: 1) технологически измененный под влиянием хозяйственной деятельности человека естественный радиационный фон; 2) загрязнение биосферы радионуклидами, образовавшимися при испытаниях ядерного оружия; 3) поступление в окружающую среду от работы предприятий ядерного топливного цикла (и радиационных аварий). Помимо этого выделяют отдельно как техногенную категорию облучения населения еще облучение при медицинских обследованиях. Но в приведенные выше перечень её не включают, т. к. медицинская диагностика не является радиационным фоном. Ограниченная часть населения (работники предприятий ядерной энергетики, радиационные медики, ученые и т. д. ) также подвергается профессиональному техногенному облучению. В соответствие с международными рекомендациями в России, как и во многих других странах, эффективная доза населения за счет всех техногенных источников не может превышать 1 м. Зв/год без учета медицинских облучений.

ИСПЫТАНИЯ ЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ Испытания ядерного оружия продолжались до 1990 г. , но их максимум пришелся на 1954 -1958 и 1961 -1962 гг. прошлого века, когда производились испытания мощных водородных бомб в атмосфере (США, СССР и Францией). За это время были произведены взрывы общей мощностью 513 Мт. В 1963 г. по инициативе СССР был подписан договор о запрещении воздуш-ных ядерных взрывов, к которому не присоединились Франция и Китай, кото-рые до 1981 г. произвели воздушные взрывы общей мощностью 32, 5 Мт. Всего к 1990 г. было произведено 1880 ядерных взрывов (не мирных, а испытаний), в том числе США 970 взрывов, СССР 630 взрывов, Франция 160 взрывов, Англия 45 взрывов, Китай 50 взрывов, осталь-ные произвели Индия, Пакистан, возможно ЮАР и Израиль. С 1981 г. проводились только подземные испытания ядерного оружия (180), при которых утечка газообразных радионуклидов в атмосферу существенно меньше, по сравнению с их образованием при воздушных взрывах. Данные по ядерным испытаниям в атмосфере. а число испытаний в атмосфере, б – суммарная мощность ядерных взрывов в мегатоннах Содержание 90 Sr и 137 Cs в продуктах питания

В 1963 г. коллективная среднегодовая доза, связанная с ядерными испыта-ниями, составила 7% дозы облуче-ния от естественных источников. К настоящему времени она уменьшилась до 0, 5%. Однако этот остаточный вклад от испытаний ядерного оружия распределен по районам неравномерно. Наиболее заметным на сегодняшний день изменением радиационной ситуации на планете, обусловленным Мировое распределение 90 Sr выпавшего в 1967 г. (мк. Ки/км 2) испытаниями ядерного оружия, является существенно увеличенная активность трития в воде. До 1960 г. в атмосферу было выброшено 2, 6 1020 Бк 3 Н, что значительно превысило уровень космогенного 3 Н. Оценки среднегодовой эффективной дозы населения за счет испытаний ядерного оружия

Выбросы радионуклидов при штатной работе предприятий ядерного топливного цикла (ЯТЦ) Доза от штатной работы предприятий ЯТЦ составляет менее 0, 05 % от природной дозы

Аварии на объектах ядерной энергетики Несмотря на то, что локальное загрязнение территории после крупной радиационной аварии может быть существенны еще в течении многих десятков лет после неё, в результате принятых организационно-технических мероприятий повышенное облучение могут получать только относительно малые группы населения. Поэтому все случившиеся радиационные аварии (включая и аварию на ЧАЭС) не внесли сколько-нибудь заметного вклада в среднегодовую эффективную эквивалентную дозу человека на планете. Облучение при медицинских обследованиях и радиотерапии Дозы облучения создаются: 1) при рентгеновской диагностике человека; 2) при диагностике состояния отдельных органов с помощью радиофармпрепаратов, вводимых внутрь организма; 3) при радиотерапии с использованием гамма- и бета-излучения и ускоренных ядерных частиц. Основная дозовая нагрузка населения определяется рентгенодиагностикой, которая стала широко применяться при различного рода обследованиях и в целях профилактики. В развитых странах на 1000 чел. приходятся от 300 до 900 таких обследований в год не считая массовой флюорографии и рентгенологических обследований зубов. Среднегодовая доза (на все тело) населения развитых стран от всех медицинских процедур доходит до 0, 9 м. Зв/год, что составляет значительную часть годового облучения современного человека.

Радиоактивное загрязнение атмосферы предприятиями угольного топливного цикла В связи с индустриализацией и ростом энергопотребления на душу населения в биосферу поступают сегодня в больших количествах естественные радионуклиды (более 60), извлекаемые из глубин земли вместе с углем, газом, нефтью, рудами, минеральными удобрениями и строительными материалами. Они создают на планете технологически измененный естественный радиационный фон. Традиционные виды топлива, например, уголь, также содержит естественные радионуклиды 40 К, 238 U и 232 Th и ряд других. Количество выброшенных в атмосферу при сжигании угля радионуклидов зависит от зольности угля и эффективности очистных фильтров. Различные виды ТЭС выбрасывают в атмосферу от 1 до 20 % общего количества золы. В биосферу ежегодно выбрасывается при сжигании угля 120 миллионов тонн зольных остатков и в десятки раз большее количество идет в зольные отвалы. Радиоактивность удобрений для сельского хозяйства Минеральные удобрения содержат немалое количество радионуклидов, которые, после внесения их в почву, попадают в растения и поступают затем в организм человека. Облучение человека строительными материалами и радоном-222 Урбанизация жизни населения приводит к существенному дополнительному облучению за счет естественных радионуклидов, содержащихся в строительных материалах и поступающих в воздух из грунта. В помещении доза облучения изменяется под действием двух противоположных факторов: экранирования внешнего излучения зданием и излучением радионуклидов в строительных материалах. За счет того, что при городском строительстве используются тяжелые строительные материалы (кирпич, камень, бетон) внутри помещений мощность дозы обычно в 2 -3 раза больше, чем в деревянных домах и равна примерно удвоенному фону на открытой местности.

Профессиональное облучение персонала В настоящее время в мире насчитывается около 28 млн. работников, профессионально связанных с ионизирующей радиацией (шахтеры, врачи-радиологи и рентгенологи, работники атомных отраслей, ученые и т. д. ). Для них установлен ПД 20 м. Зв/год. Впервые значение допустимой дозы облучения человека было предложено в 1902 году и составляло 10 Р в сутки Эволюция объектов радиационной защиты в течение 100 лет Эволюция дозовых пределов для профессиональных работников 1. XX век, 10 -20 -е годы. Индивидуальные профессионалы (врачи) 2. XX век, 20 -е годы. Пациенты рентгено диагностики и гамма-терапии 3. XX век, 40 -50 -е годы. Ограниченный контингент военнослужащих 4. XX век, с 50 -х годов. Профессионалы в промыш ленности и энергетике, население (глобальные радиоактивные выпадения, радиационные аварии, медицина и т. д. ) 5. XX век, 90 -е годы – XXI век (начало). Профессио налы в промышленности и энергетике, населе ние (радиационные аварии, медицина, техно генный фон). Окружающая среда (биота). Для населения в 1952 г. был установлен предел дозы 15 м. Зв/год, с 1959 г. – 5 м. Зв/год, с 1993 г. – 1 м. Зв/год

Внешнее облучение от радионуклидов 0, 48 m. Sv Пища, вода 0, 29 m. Sv Технологически измененный под влиянием хозяйственной деятельности человека естественный радиационный фон Среднегодовая индивидуальная эффективная доза ~ 3 m. Sv Техногенные источники облучения ~ 0, 6 m. Sv Медицинская диагностика (без терапии) 2, 4 m. Sv 0, 6 m. Sv Испытания ядерного оружия 0, 005 m. Sv Чернобыльская авария 0, 002 m. Sv Космическая радиация 0, 39 m. Sv Ингаляция (радон) ЯТЦ (облучение населения) 1, 26 m. Sv 0, 0002 m. Sv Профессиональное облучение 0, 005 m. Sv

Основные источники облучения населения России и обусловленные ими годовые эффективные эквивалентные дозы ИСТОЧНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ Природные: 1. Космические лучи: На поверхности земли 2. Гамма-излучение: Фоновое Дополнительное (стройматериалы) 3. Внутреннее облучение: Бета - излучатели Альфа - излучатели Дополнительное: · удобрения · сжигание угля 4. Радон - 222, радон - 220: Фоновое Дополнительное: · стройматериалы · почва Медицинские: · рентгенодиагностика · радионуклидная диагностика Остальные искусственные источники: · испытания ядерного оружия · ядерная энергетика · профессиональное облучение · последствия аварии на ЧАЭС (1990) Всего ДОЗА, МКЗВ/ГОД 320 300 110 200 160 0, 3 2 280 480 1090 1230 1200 30 53, 1 20 0, 1 3 30 4200

Расположение некоторых контрольных точек отбора проб воды, почвы, растений Уровни суммарной - и -активности травы (к. Бк/кг) ССЗ Удельная -активность воды (Бк/кг) Спектрометрический анализ воды показывает, что активность проб не превышает 0, 07 Бк/кг. Её активность обусловлена 40 К. По НРБ-99 А 0, 1 Бк/кг, А 1 Бк/кг Уровни суммарной - и -активности почвы (к. Бк/кг)

Концентрация радионуклидов в траве, Бк/кг Концентрация радионуклидов в почве, Бк/кг Содержание радионуклидов в почве и траве в течение многих лет остается постоянным, кроме аномалии, связанной с аварией на ЧАЭС. Средние значения концентрации 137 Cs в почве Московской области 10 -15 Бк/кг, 90 Sr 5 -20 Бк/кг. Радиационный фон в городе не превышает величин естественного фона и его средняя величина составляет по многолетним исследованиям 0, 094 0, 101 мк 3 в/час (по Московской области 0, 088 0, 132 мк. Зв/час). Почва в районе города преимущественно аллювиальная, глинистая, что обуславливает низкий выход радона в приповерхностный слой воздуха. Измерения ЭРОА радона и его ДПР в припочвенном слое воздухе в течение года показали, что его среднее значение составляет 8, 5 Бк/м 3 с сезонными колебаниями в пределах коэффициента 2, а ЭРОА радона в зданиях ОИЯИ составляют от 14 до 45 Бк/м 3 (среднегодовая ЭРОА радона в жилых и общественных зданиях Московской области составляет 25, 4 Бк/м 3). Вклад работы ядерно-физических установок ОИЯИ в радиационную обстановку в городе не обнаруживается

РАДИАЦИОННАЯ ЛЕГЕНДА НАСА Корпус корабля «Аполлон» , сделанный в основном из алюминия, нержавеющей стали и эпоксидных смол имел эффективную толщину 7, 5 г/см 2. Лунный модуль имел экран толщиной всего лишь 1, 5 г/см 2. ”Аполлоны” летали через радиационные пояса Земли, т. к. в то время о них знали очень мало. A 1969 - 1972 были годами пика 11 -летней солнечной активности. Согласно официальному докладу НАСА получены следующие дозы за 140 -290 часов миссий “Аполлонов”: Apollo mission Время полёта Цель Полученная доза (Рад) Можно считать, что 1 рад = 10 -30 м. Зв (неясно, какой фактор качества брать). Таким образом, за полеты 7 260 часов 0. 16 астронавты получили максиму 5 -35 м. Зв, а ведь даже 8 154 часов 0. 16 на МКС получают 0, 8 м. Зв/сутки. 9 241 часов 0. 20 Современные данные и расчеты свидетельствуют, 10 192 часов 0. 48 что прохождение радиационного пояса Земли даже 11 195 часов посадка на Луну 0. 18 при тщательно выбранной траектории полета вызо 12 244 часов посадка на Луну 0. 58 вет эффект минимум на порядок выше официальных 13 142 часов облёт Луны 0. 24 доз радиации для “Аполлонов”. Полёт через радиа 14 216 часов посадка на Луну 1. 14 ционный пояс на пути к Луне и обратно длится около 15 295 часов посадка на Луну 0. 30 7 часов. Аполлон 13 по легенде НАСА вовсе "возвращался" в лунном модуле с толщиной защиты в пять раз меньше, чем для командного модуля ( 1, 2 г/см 2). орбитальный полет облёт Луны http: //ligaspace. my 1. ru/news/2013 -02 -24 -434