Что такое радиация?

Слово радиация, в переводе с английского "radiation" означает излучение и применяется не только в отношении радиоактивности, но целого ряда других физических явлений, например: солнечная радиация, тепловая радиация и др. Поэтому в отношении радиоактивности следует применять принятое МКРЗ (Междунароной комиссией по радиационной защите) и Нормами радиационной безопасности понятие "ионизирующее излучение".

Что такое ионизирующее излучение?

Ионизирующее излучение - излучение (электромагнитное, корпускулярное), которое при взаимодействии с веществом непосредственно или косвенно вызывает ионизацию и возбуждение его атомов и молекул. Энергия ионизирующего излучения достаточно велика, чтобы при взаимодействии с веществом, создать пару ионов разных знаков, т.е. ионизировать ту среду в которую попали эти частицы или гамма кванты.

Ионизирующее излучение состоит из заряженных и незаряженных частиц, к которым относятся также фотоны.

Что такое радиоактивность?

Радиоактивность – самопроизвольное превращение атомных ядер в ядра других элементов. Сопровождается ионизирующим излучением. Известно четыре типа радиоактивности:

• альфа-распад – радиоактивное превращение атомного ядра при котором испускается альфа-частица;
• бета-распад - радиоактивное превращение атомного ядра при котором испускается бета-частицы, т.е электроны или позитроны;
• спонтанное деление атомных ядер - самопроизвольное деление тяжелых атомных ядер (тория, урана, нептуния, плутония и других изотопов трансурановых элементов). Периоды полураспада у спонтанно делящихся ядер составляют от нескольких секунд до 10²⁰ для Тория-232;
• протонная радиоактивность - радиоактивное превращение атомного ядра при котором испускаются нуклоны (протоны и нейтроны).

Что такое изотопы?

       Изотопы – это разновидности атомов одного и того же химического элемента, обладающие разными массовыми числами, но имеющие одинаковый электрический заряд атомных ядер и потому занимающие в периодической системе элементов Д.И. Менделеева одинаковое место. Например: ₅₅Cs¹³¹, ₅₅Cs^134m, ₅₅Cs¹³⁴, ₅₅Cs¹³⁵, ₅₅Cs¹³⁶, ₅₅Cs¹³⁷.
       Различают изотопы устойчивые (стабильные) и неустойчивые – самопроизвольно распадающиеся путем радиоактивного распада, так называемые радиоактивные изотопы. Известно около 250 стабильных, и около 50 естественных радиоактивных изотопов. Примером устойчивого изотопа может служить Pb²⁰⁶, Pb208 являющийся конечным продуктом распада радиоактивных элементов U²³⁵, U²³⁸ и Th²³².

Какие виды ионизирующего излучения существуют?

Виды ионизирующего излучения. Основными видами ионизирующего излучения, с которыми нам чаще всего приходится сталкиваться являются:

• альфа-излучение;
• бета-излучение;
• гамма-излучение;
• рентгеновское излучение.

Конечно существуют и другие виды излучения (нейтронное), но с ними мы сталкиваемся в повседневной жизни значительно реже. Различие этих видов излучения заключается в их физических характеристиках, в происхождении, в свойствах, в радитоксичности и поражающем действии на биологические ткани.

Источники радиоактивности могут быть природными или искусственными. Природные источники ионизирующего излучения это естественные радиоактивные элементы находящиеся в земной коре и создающие природный радиационный фон, это ионизирующее излучение приходящее к нам из космоса. Чем больше активность источника (т.е. чем больше    в нем распадается  атомов за единицу времени), тем больше он испускает за единицу времени частиц или фотонов.

Искусственные источники радиоактивности могут содержать радиоактивные вещества полученные в ядерных реакторах специально или являющиеся побочными продуктами ядерных реакций. В качестве искусственных источников ионизирующего излучения могут быть и различные электровакуумные физические приборы, ускорители заряженных частиц и др. Например: кинескоп телевизора, рентгеновская трубка, кенотрон и др.

     Альфа-излучение (a -излучение) - корпускулярное ионизирующее излучение, состоящее из альфа-частиц (ядер гелия), испускаемых при радиоактивном распаде, ядерных превращениях. Ядра гелия имеют значительную массу и запас энергии до 10 Мэв (мегаэлектрон-вольт). Обладая незначительным пробегом в воздухе (до 50 см) представляют наибольшую опасность для биологических тканей при попадании на кожу, слизистые оболочки глаз и дыхательных путей, при попадании внутрь организма в виде пыли или газа (радий-222). Токсичность альфа-излучения определяется очень высокой плотностью ионизации, т.е. альфа-частица расходует весь запас энергии на создание на небольшом отрезке пути пробега очень большого количества пар ионов противоположного знака.

     Бета-излучение (b -излучение) - корпускулярное электронное или позитронное ионизирующее излучение с непрерывным энергетическим спектром, которое возникает при превращениях ядер или нестабильных частиц (например, нейтронов). Характеризуется граничной энергией спектра Еb , или средней энергией спектра

Поток электронов (бета-частиц) способен проходить в воздухе расстояние до нескольких метров (в зависимости от энергии), в биологических тканях величина пробега бета-частицы измеряется несколькими сантиметрами. Бета-излучение, как и альфа-излучение, наибольшую опасность представляет при контактном облучении, т.е при попадании внутрь организма, на слизистые оболочки и при загрязнении кожных покровов.

     Гамма-излучение (g -излучение) – коротковолновое электромагнитное (фотонное) излучение с длиной волны < 0,1 нм, которое возникает при распаде радиоактивных ядер, переходе ядер из возбужденного состояния в основное, при взаимодействии быстрых заряженных частиц с веществом (см. Тормозное излучение), аннигиляции электронно-позитронных пар и т.д. Этот поток квантов энергии, обладает волновыми и корпускулярными свойствами, не имеет электрического заряда. Высокая проникающая способность гамма-излучения объясняется отсутствием электрического заряда и значительным запасом энергии. Поэтому для ослабления потока гамма-излучения используются вещества отличающиеся значительным массовым числом (свинец, вольфрам, уран и др.) и всевозможные составы высокой плотности (различные бетоны с наполнителями из металла).

Рентгеновское излучение (Тормозное). Рентгеновское излучение по своим физическим свойствам аналогично гамма-излучению, но природа его совсем другая. Оно образуется в рентгеновской трубке в результате торможения электронов на вольфрамовой мишени. Энергия рентгеновского излучения не может быть больше величины напряжения поданного на трубку. Это электромагнитное излучение с длиной волны 10^-5-10^-2 нм. Излучается при торможении быстрых электронов в веществе (непрерывный спектр) и при переходах электронов из внешних электронных оболочек атома на внутренние (линейчатый спектр). Источники – рентгеновская трубка, некоторые радиоактивные изотопы (например бета-изучатели), ускорители и накопители электронов (синхротронное излучение).

Что такое источник излучения?

     Источник ионизирующего излучения (источник излучения) - объект, который содержит радиоактивное вещество, или техническое устройство, которое создает или в определенных условиях способно создавать ионизирующее излучение.

Что такое радионуклиды?

     Радионуклиды. Радиоактивные вещества ( уран-238, радий-226, торий-232 и др.) и изотопы стабильных химических элементов, отличающиеся массовым числом и неустойчивым состоянием атомов (стронций-90, цезий-134 и 137, америций-241) называются радионуклидами.

Что такое период полураспада?

     Период полураспада. Продолжительность существования радиоактивного элемента, т.е. пока он не превратится в стабильный химический элемент, ( конечный распада продуктом любого радионуклида) характеризуется периодом полураспада – интервалом времени, в течение которого число ядер данного радионуклида уменьшается в два раза. Это означает, что уровень радиоактивного загрязнения территории составляющий 4 Кюри/км.кв , для радионуклида с периодом полураспада 30 лет (цезий-137) через 30 лет будет составлять 2 Кюри/км.кв, через следующие 30 лет эта остаточная активность уменьшиться снова в два раза и будет составлять 1 Кюри/км.кв, через следующие 30 лет (т.е через 90 лет от момента заражения) 0,5 Кюри/км.кв и т.д.

В каких единицах измеряется радиоактивность?

     Мерой радиоактивности радионуклида в соответствии с системой измерений СИ, является его активность, которая измеряется в Беккерелях (Бк). Один Бк равен 1 ядерному превращению в секунду. Кроме того, в качестве меры радиоактивности широко используется несистемная величина Кюри (Ки) и ее производные (милликюри, микрокюри и т.д.). Численно 1 Кюри = 3.7*10¹⁰ Бк, а 1 Бк = 0.027нКи (наноКюри). Содержание активности в единице массы вещества характеризуется удельной активностью, которая измеряется в Бк/кг (л).

В каких единицах измеряется ионизирующее излучение (рентгеновское и гамма)?

Мерой воздействия ионизирующего излучения является экспозиционная доза и измеряется она в Рентгенах (Р) и его производных (млР, мкР), а количественную сторону его характеризует мощность экспозиционной дозы, которая измеряется в Рентгенах/сек (Р/сек.) и его производных (млР/час, мкР/час, мкР/сек).

     Рентген – это доза рентгеновского или гамма-излучения в воздухе, при которой на 0.001293 г воздуха образуются ионы с суммарным зарядом в одну электростатическую единицу количества электричества каждого знака.

     Эквивалентная доза – она равна произведению поглощенной дозы на средний коэффициент качества ионизирующего излучения (Например: коэффициент качества гамма-излучения составляет 1, а альфа-излучения – 20).

Единица измерения эквивалентной дозы – бэр (биологический эквивалент рентгена) и его дольные единицы: миллибэр (мбэр) микробэр ( мкбэр) и т.д., 1 бэр = 0,01 Дж/кг^-1. Единица измерения эквивалентной дозы в системе СИ – зиверт, Зв,

1Зв=1Дж/кг^-1= 100 бэр.

1 мбэр = 1*10^-3 бэр; 1 мкбэр = 1*10^-6 бэр;

     Поглощенная доза - количество энергии ионизирующего излучения которое поглощено в элементарном объеме, отнесенной к массе вещества в этом объеме.

Единица поглощенной дозы – рад и его дольные значения, 1 рад = 0,01 Дж/кг.

Единица поглощенной дозы в системе СИ – грей, Гр, 1Гр=100рад=1Дж/кг^-1

     Доза – это сокращенное название эквивалентной дозы - мощности экспозиционной дозы умноженной на время экспозиции, единица измерения бэр.

     Мощность дозы – сокращенное название мощности эквивалентной дозы.

Мощность эквивалентной дозы – это отношение приращения эквивалентной дозы за интервал времени к этому интервалу времени, единица измерения бэр/час, Зв/час.

В каких единицах измеряется альфа- и бета-излучение?

     Количество альфа- и бета-излучения определяется как величина плотности потока частиц с единицы площади, в единицу времени a-частиц*мин/см², b-частиц*мин/см².

Что вокруг нас радиоактивно?

      Практически все что нас окружает, да и сам человек. Радиоактивность в определенной мере является естественной средой обитания человека, если она не отличается от естественных уровней. На планете имеются участки территории со значительно повышенным уровнем радиационного фона, в нашем понимании, однако каких-либо серьезных отключений в состоянии здоровья населения не наблюдается, ибо это для них естественная среда обитания. Таким участок территории, например, является штат Керала в Индии.
       Для правильного понимания, и что более важно, для правильной оценки, появляющихся иногда в печать устрашающих цифр, следует различать :
              - Естественную, природную радиоактивность;
              - Техногенную, т.е. изменение радиоактивности среды обитания под воздействием человека ( добыча ископаемых, выбросы и сбросы промышленных предприятий и много другое).
        Как правило избавиться от элементов природной радиоактивности практически невозможно. Как можно избавиться от К⁴⁰, Ra²²⁶, Th²³², которые повсеместно распространены в земной коре и присутствуют практически во всем что нас окружает, да и в нас самих?
        А уменьшить влияние этих факторов на человека в наших с Вами силах.
Наглядным примером воздействия радиационных факторов (радиоактивности) на человека могут служить данные вклада различных факторов в суммарную годовую дозу человека, приведенные в книге А.Г. Зеленкова "Сравнительное воздействие на человека различных источников радиации", 1990 г. Диаграмма 1
     Из всех природных радионуклидов наибольшую опасность для здоровья человека представляют продукты распада   природного урана (U-238) -  радий (Ra-226) и радиоактивный газ радон (Ra-222). Основными поставщиками  радия-226 в окружающую природную среду являются предприятия занимающиеся добычей и переработкой различных ископаемых материалов: добыча и переработка урановых руд; добыча нефти и газа; угольная промышленность; промышленность строительных материалов; предприятия энергетической промышленности и др.
      Радий-226 хорошо поддается выщелачиванию из минералов содержащих уран, этим его свойством объясняется наличие значительных количеств радия в некоторых видах подземных вод (радоновых применяемых в медицинской практике), в шахтных водах. Диапазон содержания радия в подземных водах колеблется от единиц до десятков тысяч Бк/л. Содержание радия в поверхностных природных водах значительно ниже и может составлять от 0.001 до 1-2 Бк/л.
     Существенной составляющей природной радиоактивности является продукт распада радия-226  - радий-222 (Радон).
     Радон – инертный, радиоактивный газ, наиболее долгоживущий (период полураспада 3.82 дня) изотоп эманации ^*, альфа-излучатель. Он в 7.5 раза тяжелее воздуха, поэтому преимущественно накапливается погребах, подвалах, цокольных этажах зданий, в шахтных горных выработках, и т.д.
^* - эманирование – свойство веществ содержащих изотопы радия (Ra²²⁶, Ra²²⁴, Ra²²³), выделять образующиеся при радиоактивном распаде эманацию (радиоактивные инертные газы).     
     Считается, что до 70% вредного воздействия на население связано с радоном в жилых зданиях (см. диаграмму).
     Основным источником поступления радона в жилые здания являются (по мере возрастания значимости):
-         водопроводная вода и бытовой газ;
-         строительные материалы (щебень, глина, шлаки, золошлаки и др.);
-         почва под зданиями.
     Распространяется радон в недрах Земли крайне не равномерно. Характерно его накопление в тектонических нарушениях, куда он поступает по системам трещин из пор и микротрещин пород. В поры и трещины он поступает за счет процесса эманирования, образуясь в веществе горных пород при распаде радия-226. Радоновыделение почвы определяется радиоактивностью горных пород, их эманированием и коллекторными свойствами. Так, сравнительно слаборадиоактивные породы, оснований зданий и сооружений могут, представлять большую опасность, чем более радиоактивные, если они характеризуются высоким эманированием, или рассечены тектоническими нарушениями, накапливающими радон.
     При своеобразном «дыхании» Земли, радон поступает из горных пород в атмосферу, Причем в наибольших количествах – из участков на которых имеются коллекторы радона (сдвиги, трещины, разломы и др.), т.е. геологические нарушения.
      Собственные наблюдения за радиационной обстановкой в угольных шахтах Донбасса показали, что в шахтах, характеризующихся сложными горно-геологическими условиями (наличие множественных разломов и трещин в углевмещающих породах, высокая обводненность и др.) как правило, концентрация радона в воздухе горных выработок значительно превышает установленные нормативы.
      Возведение жилых и общественно-хозяйственных сооружений непосредственно над разломами и трещинами горных пород, без предварительного определения радоновыделения из почвы, приводит к тому, что в них из недр Земли поступает грунтовый воздух, содержащий высокие концентрации радона, который накапливается в воздухе помещений и создает радиационную опасность.

В связи с этим и учетом рекомендаций МКРЗ (Международная комиссия радиационной защиты) в Украине установлены:
-         предельное содержание радионуклидов в строительных материалов (раздел 8.5.1. НРБУ);
-         содержание радона в жилых помещениях (раздел 8.5.3. НРБУ);
-         содержание радона в воде (раздел 8.6.4. НРБУ).
      Техногенная радиоактивность возникает в результате деятельности человека в процессе которой происходит перераспределение и концентрирование радионуклидов. К техногенной радиоактивности относится добыча и переработка полезных ископаемых, сжигание каменного угля и углеводородов, накопление промышленных отходов и многое другое.
      Уровни воздействия на человека различных техногенных факторов иллюстрирует представленная диаграмма 2 (А.Г. Зеленков "Сравнительное воздействие на человека различных источников радиации", 1990 г.)

Что такое "черные пески" и какую опасность они представляют?

     Черные пески представляют собой минерал монацит - безводный фосфат элементов ториевой группы, главным образом церия и лантана (Ce, La)PO₄, которые замещаются торием. Монацит содержит до 50-60% окисей редкоземельных элементов: окиси иттрия Y₂O₃ до 5%, окиси тория ThO₂ до 5-10%, иногда до 28%. Удельный вес монацита составляет 4.9-5.5. С повышением содержания тория уд. вес возрастает. Встречается в пегматитах, иногда в гранитах и гнейсах. При разрушении горных пород включающих монацит, он накапливается в россыпях, которые представляют собой крупные месторождения.
     Такие месторождения наблюдаются и на юге Донецкой области.
     Россыпи монацитовых песков находящиеся на суше, как правило не вносят существенного изменения в сложившуюся радиационную обстановку. А вот месторождения монацита находящиеся у прибрежной полосы Азовского моря (в пределах Донецкой области) создают ряд проблем особенно с наступлением купального сезона.
     Дело в том, что в результате морского прибоя за осенне-весенний период на побережье, в результате естественной флотации, скапливается значительное количество "черного песка", характеризующегося высоким содержанием тория-232 (до 15-20 тыс. Бк*кг^-1 и более), который создает на локальных участках уровни гамма-излучения порядка 300 и более мкР*час^-1. Естественно , отдыхать на таких участках рискованно, поэтому, ежегодно проводится сбор этого песка, выставляются предупреждающие знаки, закрываются отдельные участки побережья. Но все это не позволяет предотвратить нового накопления "черного песка".
     Позволю высказать по этому поводу личную точку зрения. Причиной, способствующей выносу "черного песка" на побережье, возможно является тот факт, что на фарватере Мариупольского морского порта постоянно работают земснаряды по расчистке судоходного канала. Грунт, поднятый со дна канала, сваливается западнее судоходного канала, в 1-3 км от побережья (см. карту размещения мест свалки грунта), и при сильном волнении моря, с накатом на прибрежную полосу, грунт содержащий монацитовый песок выносится на побережье, где обогащается и накапливается. Однако все это требует тщательной проверки и изучения. И если это как, то снизить накопление "черного песка" на побережье, возможно, удалось бы просто переносом места свалки грунта в другое место.