Какие специфические 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.
Источник
Природа радиации.
Это только человек открыл и познакомился с радиацией в конце XIX века, а по сути, радиоактивный фон на планете существует с самого ее создания. Еще в 1898 году Пьер и Мария Кюри установили при исследовании урана, что такой элемент превращается в совсем другие химические элементы.
Учеными было установлено, что все атомы состоят из различного сочетания одних и тех же невидимых элементов:
- электроны – отрицательно заряженные частицы;
- протоны – положительно заряженные частицы;
- нейтроны – частицы без электрического заряда
Атом находится в уравновешенном электрическом состоянии при одинаковом количестве электронов и протонов. Как только объем этих частиц не совпадает, то из атомов образуются изотопы, стабильность которых зависима от количества нейтральных нейтронов.
Ядра изотопов химических элементов, так называемые нуклиды, имеют нестабильное состояние, и все время преобразуются в прочие нуклиды. Регулярные превращения нуклидов в виде самопроизвольного распада протекают с разными излучениями:
- альфа-излучение – испускание ядрами двух протонов и двух нейтронов, то есть излучение положительно заряженных альфа-частиц;
- бета-излучение – испускание электрона, то есть излучение отрицательно заряженных бета-частиц;
- гамма-излучение – испускание незаряженных частиц гамма-квантов.
Альфа- и бета-частицы с гамма-квантами составляют радиоактивное излучение. Такие частицы характеризуются своими особенностями, выраженными различной массой, энергией заряда, величиной радиоактивности и разным воздействием на человеческий организм.
Самопроизвольный распад нестабильного нуклида получил название радиоактивного распада, а нуклид называют радионуклидом. Распространение радионуклидов способствует радиоактивному заражению всей окружающей среды, а именно воздушного пространства, почвенного покрова и воды.
Для мониторинга радиоактивного фона окружающей среды людей необходимо постоянно контролировать уровень радиации и принимать меры по полной или частичной нейтрализации излучения.
Источники радиации
Человек в незначительной степени сам считается источником радиации и имеет свое естественное радиоактивное поле. В его мягких тканях, мышцах и костях содержится совсем небольшое количество радиоактивных веществ.
Источники радиации имеют естественное, природное и искусственное происхождение.
К природным источникам облучения относятся:
- радиоактивные вещества, расположенные в недрах земной коры;
- излучение из космического пространства;
- каменный уголь в печи;
- многочисленные терриконы.
К искусственным источникам облучения относятся:
- атомные реакторы АЭС, атомных подводных лодок и исследовательских лабораторий;
- склады радиоактивных веществ;
- захоронения атомных отходов;
- ядерные боеприпасы;
- рентгеновские лучи в медицине.
Значительную дозу облучения люди получают от природных источников, если, конечно, не идет речь о техногенной аварии или ядерной катастрофе. Большинство таких источников избежать невозможно, но можно уменьшить их негативное влияние.
Люди подвержены двум основным типам облучения: внутреннему и внешнему. Влияние радиации на организм человека сильно различается и зависит от воздействия окружающей среды, места проживания и путей проникновения радиации в организм человека.
Внешние источники облучения
К внешним источникам радиоактивного излучения относятся:
- лучи, поступающие из космического пространства;
- радиоактивные химические элементы и продукты их распада в ходе применения ядерного оружия, техногенных аварий на реакторах АЭС, подводных лодках и в лабораториях;
- радиоактивные вещества, которые находятся в недрах земной коры.
Доза облучения человека формируется из рентгеновских альфа-лучей, гамма-лучей и бета-частиц с выделением большой энергии.
Внутренние источники облучения.
К внутренним источникам радиоактивного излучения относятся:
- продукты питания и вода, поступающие в организм;
- царапины, порезы и другие повреждения на поверхности кожи;
- зараженный воздух.
Внутренние источники облучения являются наиболее опасными источниками, так как последствия воздействия радиации на организм человека изнутри будут наиболее тяжелыми.
При проникновении в организм радиоактивных атомов они еще соприкасаются с тканями, которые также облучаются. Длительность такого действия определяется временем нахождения зараженных атомов внутри организма человека, чем и опасна радиация для организма человека от таких источников облучения.
Радиационный эффект воздействия на организм со временем усиливается, так как радиоактивные вещества имеют свойство накапливаться именно в определенных внутренних органах. Это происходит благодаря кровеносной системе, которая посредством крови создает локальные очень высокие очаги радиации.
Дозировка облучения
Для того чтобы определить мощность облучения и степень воздействия радиации на живые организмы было придумано несколько шкал измерения.
В первую очередь измеряется мощность источника излучения в Греях и Радах. Здесь все достаточно просто. 1 Гр=100Р.
Именно так определяется уровень облучения с помощью счетчика Гейгера.
Также используется шкала Рентген. Но не стоит считать, что данные показания достоверно указывают на степень опасности для здоровья. Недостаточно знать мощность излучения. Влияние радиации на организм человека меняется также в зависимости от типа излучения. Всего их 3:
1. Альфа. Это тяжелые радиоактивные частицы – нейтроны и протоны, которые несут наибольший вред для человека. Но они обладают малой пробивной силой и не способны проникнуть даже сквозь верхние слои кожи. Но при наличии ран или взвеси частиц в воздухе,
2. Бета. Это радиоактивные электроны. Их пробивная способность – 2 см. кожи.
3. Гамма. Это фотоны. Они свободно пронизывают тело человека, и защититься возможно только с помощью свинца или толстого слоя бетона.
Радиационное воздействие происходит на молекулярном уровне. Облучение приводит к образованию в клетках тела свободных радикалов, которые начинают разрушать окружающие вещества. Но, учитывая уникальность каждого организма и неравномерную чувствительность органов к действию радиации на человека, ученым пришлось ввести понятие эквивалентной дозы.
Для определения, чем опасна радиация в той или иной дозе, мощность излучения в Радах, Рентгенах и Греях умножается на коэффициент качества.
Для Альфа-излучения он равен 20, а для Бета и Гамма – 1.
Рентгеновские лучи также имеют коэффициент 1.
Полученный результат измеряется в Бэрах и Зивертах.
При коэффициенте равном единице, 1 Бэр равен одному Раду или Рентгену, а 1 Зиверт равен одному Грею или 100 Бэрам.
Чтобы определить степень воздействия эквивалентной дозы на организм человека пришлось ввести еще один коэффициент риска. Для каждого органа он отличается, в зависимости от того как влияет радиация на отдельные ткани тела. Для организма в целом он равен единице. Благодаря этому получилось составить шкалу опасности радиации и ее влияния на человека при однократном воздействии:
-100 Зиверт. Это быстрая смерть. Через несколько часов, а в лучшем случае дней нервная система организма прекращает свою деятельность.
-10-50 – это смертельная доза, в результате которой человек умрет от многочисленных внутренних кровоизлияний спустя несколько недель мучений.
-4-5 Зиверт – -смертность составляет около 50%. Из-за поражения костного мозга и нарушения процесса кроветворения организм погибает спустя пару месяцев или меньше.
-1 Зиверт. Именно с этой дозы начинается лучевая болезнь.
-0,75 Зиверта. Кратковременные изменения в составе крови.
-0,5 – эта доза считается достаточной, чтобы стать причиной развития онкозаболеваний. Но других симптомов обычно не бывает.
-0,3 Зиверта. Это мощность аппарата при получении рентгеновского снимка желудка.
-0,2 Зиверта. Это безопасный уровень излучения, допустимого при работе с радиоактивными материалами.
-0,1 – при данном радиационном фоне добывается уран.
-0,05 Зиверта. Норма фонового облучения медицинской аппаратурой.
-0,005 Зиверта. Допустимый уровень радиации возле АЭС. Также это годовая норма облучения для гражданского населения.
Что влияет на последствия облучения.
Влияние радиации на живые организмы сильно различается от мощности и типа излучения: альфа, бета или Гамма. В зависимости от этого одна и та же доза радиации может оказаться практически безопасной или привести к скоропостижной смерти. Также важно понимать, что воздействие радиации на организм человека редко бывает одновременным. Получить дозу в 0.5 Зиверта за один раз – это опасно, а 5-6 – смертельно. Но сделав несколько рентгеновских снимков по 0,3 Зиверта в течение определенного времени, человек дает возможность организму очиститься. Поэтому негативные последствия радиационного облучения просто не проявляются, так как при суммарной дозе в несколько Зиверт, единовременно на тело будет действовать лишь малая часть облучения. Кроме того, различные последствия действия радиации на человека сильно зависят от индивидуальных особенностей организма. Здоровое тело дольше сопротивляется разрушительному действию облучения. Но лучше всего для обеспечения безопасности радиации для человека, как можно меньше контактировать с излучением для минимизации ущерба.
Источник
Каждый химический элемент состоит из атомов, а атомы некоторых изотопов имеют способность к расщеплению, в результате чего высвобождается излучение.
В таблице Д.И. Менделеева, все химические элементы, находящиеся после свинца, являются радиоактивными, и, кроме этого, еще прометий и технеций.
Известно более 80 радиоактивных элементов, среди них: стронций, радий, висмут, цезий, франций, германий, полоний. Одна их часть встречается в природе, другая — является творением человека.
Общие сведения
Есть ряд химических элементов, в состав природных смесей которых входит хотя бы один радиоактивный изотоп; среди них: кальций, селен, кадмий, калий, ванадий, цирконий, молибден, индий, рубидий. Вещества, содержащие любые радиоактивные изотопы, относятся к радиоактивным веществам. Длительное время радиоактивные вещества изучались учеными, не подозревающими об их опасности. Однако, последующие смерти научили человечество относиться к ним с огромной осторожностью.
В середине прошлого века произошло два грандиозных по масштабности, противоположных по значимости события:
— атомная бомбардировка японских городов Хиросимы и Нагасаки,
— открытие первой в мире электростанции в г. Обнинске.
Попробуем разобраться какие химические элементы являются радиоактивными.
Первооткрывателем радиоактивности является известный французский ученый Антуан Беккерель. Он ушел из жизни в возрасте 55 лет, но о его заслугах знает весь мир. Его имя носит сама частица радиоактивности и, кроме того, в его честь названы кратеры на Марсе и Луне.
Величайшими учеными были Мария Склодовская-Кюри и ее муж Пьер Кюри, работавшие с радиоактивными веществами. Среди других заслуг этих ученых является открытие радиоактивных элементов: Полония и Радия.
Подробности
Опасность данных веществ
…состоит в том, что они невидны, не имеют запаха либо цвета. Человек может долгое время жить вблизи с источником радиоактивности и даже не подозревать об опасности. Наиболее опасным радиоактивным веществом считается полоний-210. Излучения, исходящие от него, представляют собой светящуюся голубую «ауру». Надо сказать, что светящихся радиоактивных веществ очень мало, полоний-210 один из них. На сегодня наибольшую радиоактивность имеет ливерморий (для распада его изотопа хвати 61 миллисекунды!). Этот факт был выявлен в 2000 году. Еще один опасный представитель радиоактивных металлов- Унунпентий-289 (его время распада составляет 87 миллисекунд). Важно знать, что одно и тоже вещество может не представлять опасности, когда его изотоп стабильный, но может стать и радиоактивным, когда ядра его изотопа находятся на грани разрушения.
Опасным свойством радиоактивных веществ считается тот факт, что они способны перемещаться на большие расстояния от самого источника. Ликвидировать ядерную опасность ни физическим, ни химическим путем невозможно. Радиоактивные вещества могут присутствовать везде: в земле, воде, воздухе, продуктах питания (к примеру, в капусте и свекле содержится наибольшее количество радионуклидов).
Радиоактивные вещества содержатся, в том или ином количестве, в месторождениях полезных ископаемых, в горных породах. К примеру, на территории Западной Сибири размещаются большие залежи Урана и других веществ, которые являются продуктами распада Урана (к примеру, Радон и Радий). В окружающую среду радиоактивные материалы могут попасть в результате деятельности ГРЭС и ТЭЦ (электростанции работают на определенных видах угля). Существуют на нашей планете территории, где наблюдается естественное излучение (к примеру, пляжи Керала в Индии, провинция Гуагдонг в Китае, части территории Бразилии).
Зачастую, радиоактивные вещества присутствуют в сырье, используемом в строительстве, что способствует повышению дозы гамма-излучений в жилых зданиях (к примеру, в составе распространенных строительных материалов: фосфориты, квасцы, щебень содержится большое количество радионуклидов). Нарушение в использовании радиоактивных строительных материалов было выявлено в Екатеринбургской области ст. Костоусово, в Казахстане, Омске.
Радиационное облучение – необратимый процесс
Результаты радиоактивного излучения могут стать заметными спустя значительное время после облучения. Надо сказать, что высокая доза радиации для человека намного опаснее, чем облучение небольшими дозами на протяжении длительного времени. В зависимости от масштабов облучения человек может погибнуть в период от нескольких часов до нескольких месяцев. Однако, нужно отметить, что слабому радиоактивному излучению люди подвергаются постоянно в процессе жизни (к примеру, при рентгене зубов человек получает 3 рад), впрочем, естественный радиационный фон Земли составляет около 0,2 рад в год.
Существует несколько видов радиоактивных излучений, рассмотрим некоторые из них:
— альфа-излучение – наиболее слабое, опасно для человека только в случае, когда частицы непосредственно проникают в тело. Данный вид излучение возможно остановить даже бумажным листом;
— бета-излучение — по сравнению с предыдущим, значительно сильнее. Электроны бета-излучения легче альфа-частиц и способны проникать в человеческую кожу на несколько сантиметров;
— гамма-излучение – его фотоны способны легко проходить через кожу человека к внутренним органам;
— нейтронное излучение — наиболее мощное и опасное в плане проникновения. Данное излучение не встречается в природе, получить его можно вблизи ядерных реакторов.
Радионуклиды, загрязняющие окружающую среду, могут быть результатом деятельности человека:
— ядерные взрывы, применяемые в процессе добычи нефти,
— проведение военных испытаний на полигонах,
— деятельность ядерно-топливных предприятий,
— аварии, происходящие на АЭС,
— использование атомных бомб в процессе боевых действий,
— захоронение радиоактивного материала.
Для множества предприятий, перевозка радиоактивных веществ является частью их деятельности. Осуществляется она в соответствии с правилами, утвержденными Федеральным Законом «Об атомной энергии», строго соблюдая систему безопасности. Таможенный контроль пресекает перевозку через границу запрещенных делящихся (например, Уран-235, Уран-233 и другие) и радиоактивных материалов.
Итоги
Человечество всегда должно помнить неоценимый вклад ученых разных стран в изучение радиоактивности. Благодаря их открытиям, люди получили знания, помогающие спасению жизни и лечению опаснейших болезней, а также, обеспечению энергией разные страны мира. Однако, радиоактивность – очень сложный процесс, который, к сожалению, не всегда может быть подвластен человеку. Поэтому очень важно понимать, что радиоактивные реакции могут помогать человечеству, но использовать их нужно с большой осторожностью, чтобы исключить угрозу экологии и жизни людей.
Источник