Штучні джерела радіації

 

За останні десятиліття людина створила декілька сотень штучних радіонуклідів і навчилася використовувати енергію атома в самих різних цілях: в медицині і для створення атомної зброї, для виготовлення енергії і знаходження пожеж, для виготовлення циферблатів годинників, які світяться і пошуків корисних копалин. Все це призводить до збільшення дози опромінення як окремих людей, так і населення Землі в цілому.

Індивідуальні дози, котрі отримують різні люди від штучних джерел радіації, сильно відмінні. В більшості випадків ці дози невеликі, але іноді опромінення за рахунок техногенних джерел є в багато разів інтенсивніше, ніж за рахунок природних.

Як правило, для техногенних джерел радіації згадувана варіабельність виражена значно сильніше, ніж для природних. Крім того, породжуване ними опромінення звичайно легше контролювати, хоча опромінення, зв’язане з радіоактивними опадами від ядерних вибухів, так же неможливо контролювати, як і опромінення, обумовлене космічним промінням чи земними джерелами.

 

Джерела, котрі використовуються в медицині

 

В наш час основний внесок в дозу, яку отримує людина від техногенних джерел радіації, вносять медичні процедури і методи лікування, пов’язані з використанням радіоактивності. В багатьох країнах це джерело відповідальне практично за всю дозу, яку отримуємо від техногенних джерел радіації.

Радіація використовується в медицині, як в діагностичних цілях, так і для лікування. Одним із самих поширених приборів є рентгенівський апарат. Отримують все більш широке розповсюдження і нові складні діагностичні методи, спираючись на використання радіоізотопів. Як не парадоксально, але одним із основних способів боротьби з раком є променева терапія.

Зрозуміло, що індивідуальні дози, які отримують різні люди сильно коливаються – від нуля (в тих, хто не разу не проходив навіть рентгенологічне обстеження) до багатьох тисяч середньорічних „природних” доз (у пацієнтів, котрі лікуються від раку). Однак надійної інформації, на основі якої НКДАР ООН міг би оцінити дози, які отримує населення Землі, занадто мало. Невідомо, скільки людей щорічно піддається опроміненню в медичних цілях, які дози вони отримують і які органи і тканини при цьому опромінюються.

Найбільш розповсюдженим видом опромінення, яке використовують в діагностичних цілях, являються рентгенівські промені. Згідно даним по розвиненим країнам, на кожних 1000 жителів приходиться від 300 до 900 обстежень в рік – і це не рахуючи рентгенологічних досліджень зубів і масової флюорографії. Менш повні дані по країнам, які розвиваються показують, що тут число проведених обстежень не перевищує 100-200 на 1000 жителів. В дійсності близько ⅔ населення Землі, яке проживає в країнах, де середнє число рентгенологічних досліджень складає не більше 10% від числа обстежень в промислово розвинених країнах. За даними під час флюорографії грудної клітки людина отримує дозу 0,37 бер.

Дякуючи технічним удосконаленням, можна зменшити і дози, які отримує пацієнт при рентгенографії зубів. Це дуже важливо хоча б тому, що в багатьох розвинених країнах дане рентгенологічне обстеження проводиться найбільш частіше. Максимальне зменшення площі рентгенівського пучка, його фільтрація, яка забирає лишнє опромінення, використання більш чутливих плівок і правильна екранізація – все це зменшує дозу. Менші дози повинні використовуватися і при обстеженні молочної залози. Введені в другій половині 70-х років нові методи рентгенографії цього органа вже призвели до істотного зниження рівня опромінення, однак він може бути зменшений і далі без погіршення якості рентгенограм. Зменшення дози дозволило збільшити число обстежень молочної залози.

Спроба оцінити середню дозу, яку отримує населення при рентгенологічних обстеженнях, до недавнього часу обмежувались прагненням визначити той рівень опромінення, який може привести до генетичних наслідків. Його називають генетично значною еквівалентною дозою чи ГЗД. Величина ГЗД визначається двома факторами: 1) наявність того, що пацієнт внаслідок буде мати дітей (це в значній мірі визначається його віком); 2) дозою опромінення статевих залоз.

В своїх доповідях НКДАР спробував піти далі і розробити значення ефективної еквівалентної дози для оцінки потенційної шкоди, яку наносить опромінення іншим тканинам, а не тільки репродуктивним органам. Це важко зробити навіть в принципі, оскільки звичайні способи оцінок не повністю придатні, коли справа торкається опромінення в медичних цілях. Крім того, існують і технічні труднощі. Для оцінки ефективної еквівалентної дози потрібні точні дані про те, скільки опромінення проковтується різними органами чи тканинами під час кожного обслідування. Таке розподілення доз може різнитися в 1000 і більше раз для одного і того ж типу обслідування, яке повинно було б зменшити ці різниці.

Радіоізотопи використовуються для використання різних процесів, які протікають в організмі. За остання 30 років їх використання значно зросло, і все ж вони і зараз використовуються рідше, ніж рентгенологічні обстеження. Інформація про використання радіоізотопів доволі обмежена, але дані, що відомі, дозволяють простежити, що в промислово розвинених країнах на 1000 жителів приходиться лише 10-40 обслідувань. (Звернення до додатку №Б)

Ядерні вибухи

 

За останні 40 років кожний із нас піддався опроміненню від радіоактивних опадів, які утворилися в результаті ядерних вибухів. Мова іде не про ті радіоактивні опади, які випали після бомбардування Хіросіми і Нагасакі в 1945 році, а про опади пов’язані з випробуванням ядерної зброї в атмосфері.

Уражаючими факторами ядерного вибуху є:

- ударна хвиля (50% енергії вибуху)

- світлове випромінювання (35% енергії вибуху)

- проникаюча радіацію (45% енергії вибуху)

- радіоактивне зараження (10% енергії вибуху)

- електромагнітний імпульс (1% енергії вибуху)

Максимум цих випробувань приходиться на два періоди: перший – на 1954-1958 роки, коли вибухи проводила Великобританія, США і СРСР, і другий, більш значний, - на 1961-1962роки, коли їх проводили в основному Сполученні Штати і Радянський Союз. Під час першого періоду більшу частину випробувань провели США, під час другого – СРСР.

Ці країни підписали в 1963 році Договір про обмеження випробувань ядерної зброї, зобов’язаний не випробовувати її в атмосфері, під водою і в космосі. З тих пір лише Франція і Китай провели серію ядерних вибухів в атмосфері, причому потужність вибухів була істотно меншою, а самі випробування проводилися рідше (останні із них в 1980 році). Підземні випробування проводяться до цього часу, але вони звичайно не супроводжуються утворенням радіоактивних осадків.

Радіоактивні опади містять декілька сотень різних радіонуклідів, однак більшість із них має малу концентрацію чи швидко розпадається; основний внесок в опромінення людини дає лише невелике число радіонуклідів. Внесок в очікувану колективну ефективну еквівалентну дозу опромінення населення від ядерних вибухів, перевищує 1%, дають тільки чотири радіонукліда. Це карбон-14, цезій-137, цирконій-95 і стронцій-90. Дози опромінення за рахунок цих і других радіонуклідів розрізняються в різні періоди часу після вибуху, оскільки вони розпадаються з різною швидкістю. Так, цирконій-95, період піврозпаду якого складає 64 доби, вже не є джерелом опромінення. Цезій-137 і стронцій-90 мають періоди піврозпаду ~ 30 років, тому вони давали внесок в опромінення приблизно до кінця 20 століття. І тільки карбон-14, в якого період піврозпаду дорівнює 5730 рокам, буде залишатися джерелом радіоактивного опромінення (хоча і з низькою потужністю дози): до 2000 року він втратив лише 7% своєї активності.

 Річні дози опромінення чітко контролюють з випробуваннями ядерної зброї в атмосфері. В 1963 році колективна середньорічна доза, зв’язана з ядерними випробуваннями, склала близько 7% дози опромінення від природних джерел; в 1966 році вона зменшилась до 2%, а на початку 80-х – до 1%. Якщо випробування в атмосфері більше проводитися не будуть, то річні дози опромінення будуть ставати все менші і менші.

Всі приведенні цифри, звичайно, являються середніми. На Північну півкулю, де проводилося більшість випробувань, випадала і більша частина радіоактивних опадів. Тому розглянемо детальніше такі фактори як:

1)проникаюча радіація – спричинюється випромінюванням та потоком нейтронів, які проникають на декілька км. навкруги ядерного вибуху, іонізуючи атоми цього середовища. Ступінь іонізації залежить від дози випромінювання. Вплив проникаючої радіації на людей викликає променеву хворобу, наслідком якої при дозі 400-600 рад людина помирає.

2)радіоактивне зараження – виникає через наведену радіацію, випадання на землю частини залишкового урану 235ш, плутонію 239. Радіоактивне зараження місцевості характеризується рівнем радіації, який вимірюється в рентгенах за годину. Наслідком радіоактивного зараження є слід радіоактивної хмари. (Звернення до додатку № В)

Сумарна очікувана колективна ефективна еквівалентна доза від всіх ядерних вибухів в атмосфері, виповнених в даний час, складає 30 000 000 люд-Зв. До 1980 року людство отримало лише 12% цієї дози, частину, яка залишилася, воно буде отримувати ще мільйони років.

 

Атомна енергетика

 

Джерелом опромінення, довкола якого ведуться найбільш інтенсивні сперечання, являються атомні електростанції, хоча в даний час вони вносять незначний вклад в сумарне опромінення населення. При нормальній роботі ядерних установок викиди радіоактивних матеріалів в навколишнє середовище дуже незначні.

До кінця 1984 року в 26 країнах працювало 345 ядерних реакторів, виробляючих електроенергію. Їх потужність складала 13% сумарної потужності всіх джерел електроенергії і дорівнювала 220 ГВт. До цього часу кожні ~ 5 років ця потужність подвоювалась, однак, чи збережеться такий темп росту в майбутньому, неясно.

Атомні електростанції являються лише частиною ядерного паливного циклу, котрий починається з добування і збагачування уранової руди. Наступний етап – вироблення ядерного палива. Відпрацьоване в АЕС ядерне паливо іноді піддають вторинній обробці, щоб витягнути із нього уран і плутоній. Закінчується цикл, як правило, захороненням радіоактивних відходів.

На кожній стадії ядерного паливного циклу в навколишнє середовище потрапляють радіоактивні речовини. НКДАР оцінив дози, які отримує населення на різних стадіях циклу за короткі проміжки часу і за багато сотень років. Замітимо, що проведення таких оцінок – дуже важка справа. Почнемо з того, що витік радіоактивного матеріалу у однотипних установок однакової конструкції дуже сильно відрізняється. Наприклад, в корпусних киплячих реакторів з водою в якості теплоносія і сповільнювача рівень витоку радіоактивних газів для двох різних установок може різнитися в мільйони разів.

Доза опромінення від ядерного реактора залежить від часу і відстані. Чим далі людина живе від атомної електростанції, тим меншу дозу вона отримує. Не дивлячись на це, поряд з АЕС, розташованими в віддалених районах, є і такі, котрі знаходяться неподалік від великих населених пунктів. Кожний реактор викидає в навколишнє середовище цілий ряд радіонуклідів з різними періодами піврозпаду. Більшість радіонуклідів розпадається швидко і тому має лише місцеве значення. Однак деякі із них живуть достатньо довго і можуть розноситися по всій земній кулі, а визначена частина ізотопів залишається в навколишньому середовищі практично безмежно. При цьому різні радіонукліди також ведуть себе по різному: одні розносяться в навколишньому середовищі швидко, інші – надмірно повільно.

НКДАР вивчив також дані про витоки на всіх ядерних установках в світі і вирахував середню величину витоків, які приходяться на гігават-год виробленої енергії. Такий підхід дає загальне представлення про рівень забруднення навколишнього середовища при реалізації програми по атомній енергетиці. Однак отримані оцінки, звичайно ж, не можливо безмовно примінити до будь-якої конкретної установки. Ними слід користуватися вкрай обережно, оскільки вони залежать від багатьох спеціально обговорених в докладі НКДАР припущень.

Отже, по даним НКДАР, весь ядерний паливний цикл дає очікувану колективну ефективну еквівалентну дозу опромінення за рахунок короткоживучих ізотопів близько 5,5 люд-Зв на кожний гігават-рік енергії, яка виробляється на АЕС. Із них процес добування руди дає вклад 0,5 люд-Зв, її збагачення - 0,04 люд-Зв, виробництво ядерного палива – 0,002 люд-Зв, експлуатація ядерних реакторів – близько 4 люд-Зв (найбільший вклад) і, нарешті, процеси зв’язані з регенерацією палива, - 1 люд-Зв. Насправді для сучасних установок ці цифри в 10-20 раз вищі, але ці установки перероблюють лише 10% відпрацьованого ядерного палива, таким чином, приведена вище оцінка залишається справедливою.

90% всієї дози опромінення, обумовленої короткоживучими ізотопами, населення отримує впродовж року після викиду, 98% - впродовж 5 років. Майже вся доза приходиться на людей, які живуть не далі декількох тисяч кілометрів від АЕС.

Ядерний паливний цикл супроводжується також утворенням великої кількості довго- живучих радіонуклідів, котрі розповсюджуються по всьому земному шарі. НКДАР оцінює колективну ефективну очікувану еквівалентну дозу опромінення такими ізотопами в 670 люд-Зв на кожний гігават-рік виробленої електроенергії, із яких на перші 500 років після викиду приходиться менше 3%.

Таким чином, від довгоживучих радіонуклідів все населення Землі отримує приблизно таку ж середньорічну дозу опромінення, як і населення, яке проживає поблизу АЕС, від короткоживучих радіонуклідів, при цьому довго живучі ізотопи виявляють свою дію впродовж значно більш довшого часу – 90% всієї дози населення отримає за час від тисячі до сотень мільйонів років після викиду. Отже, що люди, які проживають поблизу АЕС, навіть при нормальній роботі реактора отримують всю дозу повністю від короткоживучих ізотопів і малу частину дози від довго живучих.

Ці цифри не враховують вклад в опромінення від радіоактивних відходів, утворюваних в результаті переробки руди, і від відпрацьованого палива. Є основа гадати, що в найближчі декілька тисяч років внесок радіоактивних захоронень в основну дозу опромінення буде залишатися малим, 0,1-1% від очікуваної колективної дози для всього населення. Однак радіоактивні твели збагачуваних фабрик, якщо їх не ізолювати відповідним чином, без сумнівів, створять серйозні проблеми. Якщо врахувати ці два додаткових джерела опромінення, то для населення Землі очікувана колективна ефективна еквівалентна доза опромінення за рахунок довго живучих радіонуклідів складе близько 4000 люд-Зв на кожний гігават-рік виробленої енергії. Всі подібні оцінки, однак, неминуче являються орієнтованими, оскільки важко судити не тільки про майбутні технології переробки відходів, чисельності населення і місцях їхнього проживання, але і про дозу, яка буде мати місце через 10 000 років. Річна колективна ефективна еквівалентна доза опромінення від всього ядерного циклу в 1980 році складала близько 500 люд-Зв, в 2000 вона виросла до 10 000 люд-Зв, а в 2100 очікується, що вона виросте до 200 000 люд-Зв. ЦІ оцінки основані на песимістичних припущеннях, що нинішній рівень викидів збережеться і не будуть введені істотні технічні вдосконалення. Але навіть і в цьому випадку середні дози будуть малі в порівнянні з дозами, які отримуємо від природних джерел, - в 2100 році вони складуть лише 1% від природного фону.

Люди, які проживають поблизу ядерних реакторів, без сумнівів, отримують значно більші дози, ніж населення в середньому.