Какие свойства имеют радиоактивные вещества
Последствия радиационных аварий
Для аварий на радиационно опасных объектах характерен выброс радиоактивных продуктов в окружающую среду. Он приводит к радиационному загрязнению воздуха, воды, почвы и, следовательно, к облучению персонала объекта, а в некоторых случаях и населения (см. схему 11). При этом из атомных реакторов выбрасываются в атмосферу радиоактивные вещества в виде мельчайших пылинок и аэрозолей. Может произойти разлив жидкости, приводящий к радиоактивному загрязнению местности, водоемов.
Радиоактивные вещества имеют специфические свойства:
— у них нет запаха, цвета, вкусовых качеств или других внешних признаков, из-за чего только приборы могут указать на заражение людей, животных, местности, воды, воздуха, предметов домашнего обихода, транспортных средств, продуктов питания;
— они способны вызывать поражение не только при непосредственном соприкосновении, но и на расстоянии (до сотен метров) от источника загрязнения;
— поражающие свойства радиоактивных веществ не могут быть уничтожены химическим и/или каким-либо другим способом, так как их радиоактивный распад не зависит от внешних факторов, а определяется периодом полураспада данного вещества.
Период полураспада — это время, в течение которого распадается половина всех атомов радиоактивного вещества. Период полураспада различных радиоактивных веществ колеблется в широких временных пределах.
При радиационной аварии происходит загрязнение продуктов питания, воды и водоемов, что влечет за собой возникновение у людей и животных различных форм лучевой болезни, тяжелых отравлений, инфекционных заболеваний.
В результате аварийного выброса радиоактивных веществ в атмосферу возможны виды радиационного воздействия на людей и животных, приведеиные на рисунке.
Особенности радиоактивного загрязнения (заражения) местности
Радиоактивное загрязнение при аварии на предприятии (объекте) ядерной энергетики имеет несколько особенностей:
— радиоактивные продукты легко проникают внутрь помещений, так большая часть их находится в парообразном или аэрозольном состоянии;
— наибольшую опасность представляет внутреннее облучение, обусловленное попаданием радиоактивных веществ внутрь организма;
— при большой продолжительности радиоактивного выброса, когда направление ветра может многократно меняться, возникает вероятность радиоактивного загрязнения местности практически во все стороны от источника аварии.
Рассмотрим характерные особенности радиоактивного загрязнения местности при авариях на АЭС в отличие от радиоактивного загрязнения местности при ядерных взрывах.
При наземном ядерном взрыве в его облако вовлекаются десятки тысяч тонн грунта. Радиоактивные частицы смешиваются с минеральной пылью, оплавляются и оседают на местности. Воздух загрязняется незначительно. Формирование следа радиоактивного облака завершается за несколько часов. За это время метеорологические условия, как правило, резко не изменяются, и след облака имеет конкретные геометрические размеры и очертания. В этом случае главную опасность для людей, оказавшихся на следе радиоактивного облака, представляет внешнее облучение (90—95% общей дозы облучения). Доза внутреннего облучения незначительна. Она обусловлена попаданием внутрь организма радиоактивных веществ через органы дыхания и с продуктами питания.
При авариях на АЭС значительная часть продуктов деления ядерного топлива находится в парообразном или аэрозольном состоянии. Их выброс в атмосферу может продолжаться от нескольких суток до нескольких недель. Воздействие радиоактивного загрязнения окружающей среды на людей в первые часы и сутки после аварии определяется как внешним облучением от радиоактивного облака и радиоактивных выпадений на местности, так и внутренним облучением в результате вдыхания радионуклидов из облака выброса. В последующем в течение многих лет вредное воздействие и накопление дозы облучения у людей будет обусловлено вовлечением в биологическую цепочку выпавших радионуклидов и употреблением загрязненных продуктов питания и воды. Суммарную дозу облучения, прогнозируемую на 50 ближайших после аварии лет, в этом случае принято рассчитывать следующим образом: 15% —внешнее облучение, 85% — внутреннее облучение.
Характер поражения людей и животных.
Загрязнение сельскохозяйственных растений и продуктов питания
При авариях на ядерных энергетических установках сложно создать условия, полностью предохраняющие людей от облучения.
Однако, зная, что воздействие ионизирующих излучений на отдельные ткани и органы человека не одинаково, его можно значительно ослабить.
Итак, одни органы более чувствительны к воздействию ионизирующих излучений, другие — менее.
При сравнительно равномерном облучении организма ущерб здоровью определяют по уровню облучения всего тела, что соответствует первой группе критических органов.
К первой группе критических органов относят также половые органы и красный костный мозг.
Ко второй группе критических органов относят мышцы, щитовидную железу, жировую ткань, печень, почки, селезенку, желудочно-кишечный тракт, легкие, хрусталики глаз.
Третью группу критических органов составляют кожный покров, костная ткань, кисти рук, предплечья, голени и стопы.
При действиях на местности, загрязненной радиоактивными веществами, устанавливают определенные допустимые дозы облучения на тот или иной промежуток времени, которые, как правило, не должны вызывать у людей радиоактивных поражений.
Степень лучевых (радиационных) поражений зависит от полученной дозы излучения и времени, в течение которого человек ему подвергался. Не всякая доза облучения опасна. Если она не превышает 50 Р, то исключена даже потеря трудоспособности. Доза в 200—300 Р, полученная за короткий промежуток времени, может вызвать тяжелые радиационные поражения. Однако такая же доза, полученная в течение нескольких месяцев, не приведет к заболеванию: здоровый организм человека способен за это время вырабатывать новые клетки взамен погибших при облучении.
При определении допустимых доз облучения учитывают, что оно может быть однократным или многократным.
Однократным считают облучение, полученное за первые четверо суток. Оно может быть импульсивным (при воздействии проникающей радиации) или равномерным (при облучении на загрязненной местности).
Облучение, полученное за время, превышающее четверо суток, считают многократным.
Соблюдение установленных пределов допустимых доз облучения исключает возможность массовых радиационных поражений в зонах радиоактивного заражения местности. В табл. 9, 10 приведены возможные последствия острого однократного и многократного облучения организма человека в зависимости от полученной дозы.
Образовавшиеся в процессе аварии ядерной энергетической установки радиоактивные продукты в виде пыли, аэрозолей и других мельчайших частиц оседают на местности. Их разносит ветер, заражая все вокруг. Если запасы продовольствия окажутся не укрытыми или будет нарушена целостность их упаковки, то радиоактивные вещества загрязнят их. Радиоактивные вещества могут быть также занесены в пищу при ее обработке с зараженных поверхностей тары, кухонного инвентаря и оборудования, одежды и рук.
Радиоактивные вещества, попадающие на поверхность продуктов, если они не упакованы, или через щели и неплотности тары, проникают внутрь: в хлеб и сухари — на глубину пор; в сыпучие продукты (муку, крупу, сахарный песок, поваренную соль) — в поверхностные (10—15 мм) и нижележащие слои в зависимости от плотности продукта. Мясо, рыба, овощи и фрукты обычно загрязняются радиоактивной пылью (аэрозолями) с поверхности, к которой она весьма плотно прилипает. В жидких продуктах крупные частицы оседают на дно тары, а мелкие образуют взвеси.
Наибольшую опасность представляет попадание радиоактивных веществ внутрь организма с зараженной ими пищей и водой, причем поступление их в количествах более установленных величин вызывает лучевую болезнь. Поэтому в целях исключения опасного внутреннего облучения организма человека установлены допустимые пределы радиоактивного загрязнения продуктов питания и воды (табл. 11). Их соблюдение необходимо строго контролировать.
Примечание: удельная активность радионуклида — отношение активности радионуклида в образце к массе образца. Активность радионуклида в образце измеряют в кюри (Ки). 1 Ки = 3, 7 • 1010 ядерных превращений в секунду.
Около столетия назад у человечества наступила особая эра – время изучения сначала природной, а затем и искусственно созданной радиации. В середине века, который получил название атомного, произошло два противоположных события:
- во-первых, это атомная бомбардировка Хиросимы и Нагасаки;
- во-вторых, впервые в мире была открыта атомная электростанция в г. Обнинске.
В последнем случае разрушительная энергия стала для человечества созидательной. Какие же существуют радиоактивные материалы? Что собой представляет вещество, которое может вызвать радиацию?
Какие вещества относятся к радиоактивным
Для начала необходимо понять, какие именно вещества относятся к классу радиоактивных. В периодическую систему Менделеева входят 120 элементов. Каждое из них состоит из атомов, а атомы некоторых веществ могут распадаться на части. При этом происходит высвобождение опасного излучения.
Радиоактивный материал представлен всеми химическими элементами, расположенными после свинца. Всего известно более 80 опасных радиоактивных элементов. Например, это радий, франций, полоний, стронций, висмут, германий, цезий. Одни из них встречаются в природных условиях. Другие же являются делом рук человека.
Свойства радиоактивных веществ
Опасность названных веществ обусловлена тем, что они, в первую очередь, невидимы для человеческого глаза. У них нет цвета, вкуса или запаха. Много лет человек может жить рядом с источником радиоактивности, ничего об этом не подозревая. Еще одним опасным свойством этого класса веществ является их способность перемещаться на далекие расстояния от своего источника. При этом их распад никак не зависит от влияния факторов окружающей среды.
Ядерная опасность не может быть ликвидирована физическим или химическим путем. Радиоактивные вещества могут находиться в воздухе, земле, продуктах питания. Например, доказано, что больше всего радионуклидов содержат такие овощи, как капуста и свекла.
Природные радиоактивные элементы
Радиоактивный материал может содержаться в месторождениях полезных ископаемых, во многих горных породах, которые могут содержать радиоактивные элементы в том или ином количестве. Например, таковыми являются нефтедобывающие территории Западной Сибири. Там находится большое количество залежей урана, а также тех веществ, которые представляют собой продукты его распада – радон, радий. Также радиоактивный материал может поступать в окружающую среду посредством ГРЭС и ТЭЦ, которые могут работать на определенных типах угля.
Регионы с природным радиоактивным излучением
Примерами радиоактивных мест на планете Земля, где излучение является естественным, могут быть индийские пляжи Керала, китайская провинция Гуангдонг, где изотопы находятся в почве, а также некоторые участки на территории Бразилии. Также повышенное радиационное излучение горных пород свойственно некоторым регионам во Франции, Украине, Швеции.
Часто ядерные материалы и радиоактивные вещества содержатся в строительном сырье. Примерами могут послужить такие стройматериалы, как щебень, квасцы и фосфориты. Они имеют в своем составе высокое количество радионуклидов, при этом используясь в строительной индустрии повсеместно. Это приводит к многократному увеличению дозы гамма-излучений внутри зданий.
Использование радиоактивных материалов в строительстве: незаметная опасность
Такие случаи были установлены не раз. Например, в Омске часто строителями для наполнения бетона использовался добытый в районах Северного Казахстана строительный щебень. Он содержал в себе повышенные количества радиоактивного урана, в результате чего в зданиях был значительно повышен уровень гамма-излучения.
Был также установлен случай, когда радиоактивные строительные материалы использовались для строительства жилых зданий. Такое нарушение было зафиксировано в Екатеринбургской области, на станции Костоусово. Для постройки фундаментов, штукатурных работ, и других видов отделок, рабочие использовали песок, содержащий радиоактивный торий.
Случаев, подобных этим, фиксировалось огромное множество. В Казахстане, Забайкалье и многих других районах для обсыпки улиц, детских площадок, дворов, строителями использовались некондиционные урановые руды. Это приводило к значительному увеличению опасного радиационного поля.
Искусственные источники радиоактивности
Радиоактивный материал может быть также делом рук человека. Существуют различные источники, которые загрязняют окружающую среду радионуклидами:
- Это ядерные взрывы, которые используются при добыче нефти.
- Испытания на военных полигонах.
- Предприятия ядерно-топливного цикла.
- Аварии на атомных электростанциях.
- Также большую опасность представляют боевые действия, в которых используются атомные бомбы и снаряды.
- Захоронение радиоактивных веществ.
- Неосмотрительное использование различного рода технических устройств.
Транспортировка радиоактивных веществ
Перевозка радиоактивных материалов происходит по специальным правилам, которые утверждены Федеральным Законом «Об атомной энергии». Для многих предприятий их транспортировка является неотъемлемой частью всей деятельности. Для перевозки этих веществ существует особая система безопасности.
Делящиеся – это такие вещества, ядра которых при захвате нейтронов начинают делиться. Попросту их ядра разваливаются, и при этом выделяется энергия. Примером делящихся веществ может послужить уран-235, уран-233, плутоний-239, и другие. Делящиеся и радиоактивные материалы запрещены к перевозке через таможню. Посредством таможенного контроля происходит пресечение их транспортировки через границу.
РАДИОАКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА — вещества, содержащие в своем составе радионуклиды.
Радиоактивные вещества могут представлять собой радиоактивные изотопы хим. элементов (см. Изотопы), смеси радиоактивных и стабильных изотопов, хим. соединения, в состав которых включены радионуклиды, а также вещества, содержащие радионуклиды в качестве примеси или добавки (см. Меченые соединения, Радиоактивные препараты, Радиофармацевтические препараты).
Свойства Радиоактивных веществ определяются содержанием в них радионуклидов, их способностью самопроизвольно распадаться с испусканием, напр., альфа-, бета-частиц, гамма-квантов (см. Альфа-излучение, Альфа-распад, Бета-излучение, Бета-распад, Гамма-излучение, Радиоактивность).
Радиоактивные вещества в зависимости от происхождения содержащихся в них радионуклидов делят на две группы: природные (естественные) и искусственные, получаемые с помощью ядерных реакций.
Р. в. широко применяются в народном хозяйстве, а также в медицине и биологии в качестве радиоактивных индикаторов, источников ионизирующего излучения (см.) или источников энергии. В основе использования Р. в. как радиоактивных индикаторов (или меченых соединений) лежит тождественность хим. свойств изотопов одного и того же элемента, что позволяет применять Р. в. в медицине для изучения разнообразных процессов в органах и системах организма (см. Радиоизотопное исследование). В науке, технике и в народном хозяйстве Р. в. применяются в качестве индикаторов при изучении многих физ.-хим. процессов (напр., коррозии, диффузии, реакций обмена), для контроля за качеством и точностью различных технологических операций. В хим. производстве для ускорения процессов полимеризации под воздействием облучения или радиационной стерилизации некоторых лекарственных средств и изделий мед. назначения (см. Стерилизация) внедрены в практику мощные источники гамма-излучения. В мед. радиологии и онкологии Р. в. нашли применение для диагностики и лечения различных заболеваний (см. Лучевая терапия, Радиоизотопная диагностика). Р. в., в частности 238Pu, в качестве источника энергии, применяются в искусственных водителях ритма — пейсмекерах (см.).
Биол, действие Р. в. связано с ионизацией атомов и молекул в органах и тканях живого организма. При воздействии Р. в. на организм человека в количествах (дозах), превышающих предельно допустимые величины (см. Предельно допустимая доза излучения), возможно возникновение радиационной патологии (см. Лучевая болезнь, Лучевые повреждения). Известны четыре пути воздействия Р. в. на организм: дистантный — от Р. в., расположенных или распределенных вне тела человека; контактный; ингаляционный и пероральный (алиментарный). Степень и выраженность биол, действия Р. в., попавших на кожный покров или внутрь организма, зависят от поглощенной дозы излучения, к-рая определяется количеством Р. в., видом и энергией излучения радионуклида, скоростью его распада, особенностями метаболизма в организме. Поведение Р. в. в местах поступления и внутри организма определяется его агрегатным состоянием, растворимостью, способностью к гидролизу, комплексообразованию и ионному обмену.
Одним из важных параметров метаболизма Р. в. является коэффициент резорбции (всасывания), количественно характеризующий долю Р. в., проникшую в кровь и лимфу, от общего количества Р. в., попавшего на кожу или поступившего в орга низм через органы дыхания и жел.-киш. тракт. Напр., радионуклиды элементов 1 группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева, находясь в водных растворах и биол, средах преимущественно в ионном состоянии, практически полностью резорбируются в кровь из верхних дыхательных путей, легких и жел.-киш. тракта, равномерно распределяются по органам и тканям и выделяются из организма с мочой. В то же время радионуклиды редкоземельных элементов и трансплутониевые элементы обладают низким коэффициентом резорбции (0,0005—0,01), величина к-рого существенно зависит от хим. формы поступившего соединения. Эти элементы после резорбции в кровь избирательно накапливаются в печени и в костной ткани.
При работе с Р. в. одним из основных путей возможного поступления в организм является ингаляционный. Отложение Р. в. в легочной ткани зависит от размера (дисперсности) частиц, содержащихся во вдыхаемом воздухе, и их растворимости. Для большинства Р. в. характерна выраженная неравномерность (органотропность) распределения в органах и тканях. В зависимости от преимущественного накопления Р. в. в тех или иных органах и тканях их разделяют на остеотропные, гепатотропные, тиреотропные и т. п. Этим обстоятельством в значительной мере определяются особенности биол, действия инкорпорированных Р. в. Напр., при попадании внутрь организма больших количеств равномерно распределяющихся Р. в. развивается типичный острый лучевой синдром, а при попадании в организм органотропных Р. в. — радиационная патология с преимущественным поражением органа депонирования (см. Критический орган). В случае длительного воздействия или при поступлении в организм сравнительно небольших количеств Р. в. возникает хрон, неспецифическое воспаление в органах преимущественного депонирования с исходом в склеротические процессы, напр, пневмосклероз (см.), цирроз печени (см.), нефросклероз (см.) или злокачественные опухоли (см.).
Профилактика поражений радиоактивными веществами надежно обеспечивается соблюдением норм радиационной безопасности (см.), правил работы с радиоактивными материалами и источниками ионизирующего излучения, а также комплексом инженерно-технических решений в области противорадиационной защиты и контроля (см. Дозиметрический контроль, Противолучевая защита). Нормы радиационной безопасности (НРБ) основаны на принятых предельно допустимых дозах облучения и регламентируют поступление и содержание Р. в. в организме.
Для удаления Р. в. с поверхности кожи разработаны и внедрены в практику эффективные средства дезактивации кожи, действие которых основано на механизмах адсорбции, комплексообразования и ионного обмена (см. Дезактивация). Для предотвращения резорбции Р. в. в жел.-киш. тракте рекомендуется применение ионообменных сорбентов, напр, адсобара и полисурьмина для поглощения радиоактивных изотопов стронция, бария, радия, а также ферроцина — для связывания цезия и др. Для стимуляции выведения из организма резорбированных радионуклидов применяются различные комплексоны (см.), напр, пентацин, унитиол, оксатиол и др.
Библиография:
Атомная наука и техника в СССР, под ред. И. Д. Морохова и др., М., 1977;
Булдаков Л. А. и др. Проблемы токсикологии плутония, М., 1969, библиогр.; Ильин Л. А. Основы защиты организма от воздействия радиоактивных веществ, М., 1977; Неотложная помощь при острых радиационных воздействиях, под ред. Л. А. Ильина, М., 1976, библиогр.; Отдаленные последствия лучевых поражений, под ред. Ю. И. Москалева, М., 1971; Пархоменко Г. М., Егорова М. С. и Копаев В. В. Гигиена труда при работе с трансплутониевыми элементами, М., 1974, библиогр.; Петросьянц А. М. Проблемы атомной науки и техники, М., 1979.
Л. А. Ильин.