Радиационный фон. и стоит ли опасаться рентгена?

Воздействие радиации на человека

Радиоактивное излучение воздействуя на живые ткани ионизирует молекулы воды, при этом образовываются свободные радикалы – атомы, способные повреждать клеточные структуры. При интенсивном облучении из-за этого появляются радиационные ожоги, при длительном облучении с низкой дозой – мутации в клеточной ДНК. Мутации в свою очередь могут приводить к раку или иметь наследственный характер, что отразится на здоровье наследников.

Наиболее чувствительны и уязвимы к радиации дети, беременные женщины и старики. Их организм не имеет достаточно ресурсов для нейтрализации свободных радикалов.

Опыт наблюдений за последствиями взрывов бомб в Хиросиме и Нагасаки, а также аварий в Чернобыле и Фукусиме показывает, что радиация оставляет свой отпечаток на многих поколениях. Так детская заболеваемость онкологическими болезнями (в особенности раком крови) резко возросла в годы после взрывов и не снижается до сих пор. Также в первые годы после этих катастроф наблюдалось массовое рождение младенцев с пороками развития и мертворождение у людей, подверженных высокому уровню радиации.

Самое грозное последствие встречи с радиацией – лучевая болезнь, признаки которой появляются при однократном облучении дозой более 100 рентген. При таком поражении отмечается тошнота рвота и слабость. С повышением дозы растет и серьёзность проявлений: потеря волос, разрушение костного мозга, ожоги, кровоизлияния в ткани, их отмирание.

Что такое естественная радиоактивность материалов

Естественная радиация в природе существовала всегда. Один из ее источников – излучение земной коры. В ее толще залегают породы, из которых производят многочисленные строительные материалы. Многие из них до сих пор хранят следы радиоактивного прошлого нашей планеты.

К наиболее вредным строительным материалам причисляют:

• гранит
• кварцевый диорит
• графит
• туф
• пемзу

Все они выделяют достаточно большое количество радона, поэтому для внутренней отделки перечисленные материалы лучше не использовать. Кирпич, бетон и дерево в этом смысле считаются сравнительно безопасными. Причем радиоактивность силикатного кирпича ниже, чем красного.

Относительно невысока удельная активность радионуклидов у карбонатных горных пород – мрамора и известняка. Средним уровнем естественной радиоактивности отличаются песок и гравий. Уровень радиации стекловолокна, фосфогипса обычно находится в допустимых пределах, но ради собственной безопасности стоит проверять и их.

Распространенные заблуждения о радиоактивности некоторых стройматериалов

Радиоактивность древесины выше, чем кирпича. Это заблуждение появилось после того, как люди начали измерять уровни радиационного фона внутри домов, построенных из этих материалов. При этом самыми высокими оказались показатели, снятые в деревянных строениях. На самом деле причина этого в том, что большинство деревянных домов – малоэтажные, то есть комнаты там расположены близко к земле, которая считается основным естественным источником радона.

Бетон – опасный радиоактивный материал. Мнение о высокой радиоактивности бетона распространилось после серии статей о повышенном радиационном фоне в панельных домах. На самом деле это не так. Радиоактивность этого материала многократно ниже, чем у кирпича. К тому же, основная его часть обычно сконцентрирована в фундаменте дома. Еще один аргумент: на крупных предприятиях по производству бетона безопасность продукции контролируют, а в качестве сырья используют щебень, добытый из сертифицированных мест.

Но тем не менее опасность, связанная с радиоактивностью наполнителей для изготовления этого строительного материала существует. Поэтому, если вы замешиваете бетон самостоятельно, желательно проверить используемый для этого щебень и песок дозиметром. Это поможет убедиться в том, что данный материал можно использовать при строительстве жилых зданий. Проверка требуется в основном гранитному щебню, так как гравийный материал в зону риска практически не входит.

В чем опасность радиоактивных строительных материалов

Радиоактивность некоторых используемых в строительстве материалов может нанести вред здоровью. При распаде радионуклидов, входящих в их состав (радия-226, калия-40, тория-232), выделяется радиоактивный газ радон. Его объемная активность в воздухе непроветриваемых помещений (подвалов, подземных станций метро), бывает в 10 и более раз выше, чем в открытой атмосфере.

Радон выделяется в воздух в два этапа. Сначала он проникает из материала в поры элементов строительного объекта. Затем постепенно распространяется через микрощели и трещины. При этом часть его распадается и попадает в воздух помещения. Больше всего радона скапливается на первых этажах зданий.

Опасность радиоактивных строительных материалов в том, что исходящее от них излучение может значительно ухудшать экологию помещения. Вследствие этого людей беспокоят:

• головные боли,
• аллергия,
• плохое самочувствие.

Более того, поступая в легкие, радон распадается с выбросом альфа-частиц. Это может вызывать микроожоги тканей и их злокачественное перерождение.

Как проверить стройматериал на радиоактивность

Уровень природной радиоактивности строительных материалов ограничивается нормами радиационной безопасности (НРБ –99/2009). Этот нормативный документ устанавливает три класса стройматериалов с разной величиной эффективной удельной активности природных радионуклидов (Аэфф). Так, для строительства и ремонта жилых и общественных зданий допускается использовать материалы с Аэфф не более 370 Бк/кг.

Дозиметр поможет вам аргументированно отклонить даже выгодное предложение о покупке вредных строительных материалов, которые иногда поступает от недобросовестных продавцов и поставщиков. Кроме того, с этим прибором вы легко проверите свою квартиру, офис, производственное помещение на предмет радиационной безопасности.

Фон ионизирующего излучения

Фон ионизирующего излучения (или радиационный фон) — суммарное излучение от природных и техногенных источников.

В России радиационный мониторинг окружающей среды осуществляют федеральная служба Росгидромет и государственная корпорация Росатом. На международном уровне сбором информации и оценкой влияния радиоактивного излучения на человека и окружающую среду занимается Научный комитет по действию атомной радиации (НКДАР) при Организации объединённых наций.

Основными составляющими естественного (природного) радиационного фона являются космические лучи и излучение от радионуклидов земного происхождения, повсеместно содержащихся в земной коре.

Согласно данным НКДАР среднемировая мощность эффективной дозы от действия космических лучей (включая вторичное нейтронное излучение) на поверхности земли вне укрытий составляет 0,036 мкЗв/ч. С увеличением высоты над уровнем моря это значение существенно меняется и в зоне полётов гражданской авиации (9—12 км) может составлять 5—8 мкЗв/ч. Исходя из этого эффективная доза от действия космических лучей при трансатлантическом перелёте из Европы в Северную Америку достигает 30—45 мкЗв. Кроме того мощность дозы рассматриваемого излучения зависит от геомагнитной широты и состояния 11-летнего цикла солнечной активности. Вклад каждого из двух факторов в мощность дозы излучения составляет около 10 % .

Второй существенной составляющей естественного радиационного фона является γ-излучение от радионуклидов земного происхождения таких как 40K и продуктов распада урана-238 и тория-232 (226Th, 228Ac, 214Pb, 214Bi). Средняя мощность эффективной дозы от внешнего облучения этими радионуклидами в зависимости от региона находится в диапазоне от 0,030 до 0,068 мкЗв/ч. Как исключения, в мире имеются регионы с повышенным естественным радиационным фоном, обусловленным наличием монацитового песка с большим содержанием тория (города Гуарапари в Бразилии, Янцзян в Китае, штаты Керала и Мадрас в Индии, дельта Нила в Египте), вулканическими почвами (штат Минас-Жерайс в Бразилии, остров Ниуэ в Тихом океане) или наличием радия-226 в пресной воде (город Рамсар в Иране).

По данным Росгидромета на территории Российской Федерации мощность экспозиционной дозы γ-излучения (МЭД) находится в основном в пределах колебаний естественного радиационного фона (9—16 мкР/ч).

Превышение значений МЭД зафиксировано на загрязнённых после аварии на ЧАЭС территориях в Брянской, Калужской, Курской, Орловской и Тульской областях в диапазоне 19—25 мкР/ч. В 100-км зонах радиохимических предприятий и АЭС наблюдаются кратковременные повышения МЭД до 20 мкР/ч, однако среднегодовые значения находятся в пределах колебания фона — 9—14 мкР/ч.

Средняя годовая эффективная доза, получаемая человеком и обусловленная природными факторами, составляет 2400 мкЗв, в эту цифру кроме внешнего облучения от источников рассмотренных выше, входит внутренне облучение от радионуклидов попадающих в организм человека с воздухом, пищей и водой (суммарно 1500 мкЗв). В последнее время техногенное облучение в развитых странах приближается к вкладу от естественных источников. При этом доза от медицинских исследований и терапии с использованием источников ионизирующего излучения составляет 95 % всего антропогенного радиационного воздействия на человека.

Природа ионизирующего излучения

Наиболее значимы следующие типы ионизирующего излучения:

• Коротковолновое электромагнитное излучение (поток фотонов высоких энергий):
  • рентгеновское излучение;
  • гамма-излучение.
• Потоки частиц:
  • бета-частиц (электронов и позитронов);
  • нейтронов;
  • протонов, мюонов и других элементарных частиц;
  • ионов, в том числе альфа-частиц, осколков деления (возникающих при делении ядер), кластеров (лёгких ядер, испускаемых при кластерном распаде).

Большое количество радиации за короткое время может привести к смерти в течение нескольких дней или часов.

Частое воздействие низких доз радиации в течение длительного времени также приводит к заболеваниям, но симптомы могут проявиться через значительное время. Главный источник наших знаний о влиянии радиации на здоровье -это выжившие в атомной бомбардировке Японии, Чернобыльской аварии, а также люди, которые ежедневно работают с радиацией или получают радиацию в качестве лечения.

Мы измеряем количество радиационного облучения в единицах, называемых миллибэры. Более современной единицей измерения стал миллизиверт mSv, который надо умножить на 100, чтобы получить миллибэр.

Воздействие на организм различных доз радиации

Здесь представлена только ионизирующая радиация. Из всех типов неионизирующего излучения только ультрафиолетовые лучи могут вызывать рак.

• 10 000 mSv в виде краткосрочной дозы облучения всего тела могут вызвать немедленную болезнь и последующую смерть в течение нескольких недель.
• От 1000 до 10000 mSv  в виде краткосрочной дозы может вызвать сильную лучевую болезнь с высокой вероятностью летального исхода.
• 1000 mSv  в виде краткосрочной дозы вызывает немедленную лучевую болезнь у человека среднего телосложения, но вряд ли приведет к смерти.
• Краткосрочные дозы, превышающие 1000 mSv (100 000 бэр), получаемые в течение длительного периода времени, создают определенный риск развития рака в будущем.
• При дозах выше 100 mSv вероятность рака (а не тяжести заболевания) увеличивается.
• 50 mSv считается самой низкой дозой, которая может вызвать рак у взрослого человека. Это также самая высокая доза, законодательно разрешенная, в течение одного года профессионального облучения.
• 20 mSv / год, получаемая за пять лет, является пределом для радиологического персонала, такого как работники атомной промышленности, урановых шахт и работники больниц. Их дозу тщательно контролируют.
• 10-12 mSv в единовременной дозе получает пациент в процессе компьютерной томографии всего тела.
• 2 mSv / год является типичным фоновым излучением из природных источников, в том числе в среднем 0,7 mSv / год из радона на воздухе. Это близко к минимальной дозе, получаемой всеми людьми в любой точке Земли.
• 0,3-0,6 mSv / год представляет собой типичную дозу от искусственных источников излучения, в основном медицинских, таких как рентгенография костей, зубов и грудной клетки.
• 0,01-0,03 mSv является типичным излучением от одного полета на самолете от побережья до побережья. Однако часто летающие могут получить от 1 до 6 mSv в год.

Радиация вокруг нас

Чтобы столкнуться с радиацией «лицом к лицу», аварии вовсе не обязательны. Радиоактивные вещества широко применяются в быту. Природной радиоактивностью обладает калий — очень важный для всего живого элемент. Из-за малой примеси изотопа K-40 в природном калии «фонит» диетическая соль и калийные удобрения. В некоторых старых объективах использовалось стекло с примесью оксида тория. Этот же элемент добавляют в некоторые современные электроды для аргоновой сварки. До середины ХХ века активно использовали приборы с подсветкой на основе радия (в наше время радий заменили на менее опасный тритий). В некоторых датчиках дыма используется альфа-излучатель на основе америция-241 или высокообогащенного плутония-239 (да-да, того самого, из которого делают ядерные бомбы). Но волноваться не стоит — вред здоровью от всех этих источников значительно меньше вреда от беспокойства по этому поводу.

Нейтронное излучение

Нейтронное излучение реактора является сплошным.
 

Мощное радиоактивное и нейтронное излучение, возникающее при получении и использовании ядерной энергии, требует сооружения громоздкой толстостенной бетонной защиты. Это затрудняет практическое применение ядерной энергии. Имеются и другие технические, хотя и не принципиальные, трудности при сооружении заводских установок, использующих ядерное горючее.
 

Наблюдаемое нейтронное излучение может быть охарактеризовано полной интенсивностью нейтронного потока, его временным ходом и энергетическим спектром возникающих нейтронов. Именно в такой последовательности и будут рассмотрены данные эксперименты.
 

Использование нейтронного излучения при облучении полиэтиленовых изделий и материалов в реакторе вызывает их радиационную активацию ( так как содержащиеся в них примеси и компоненты имеют большие сечения захвата тепловых нейтронов) и появление долгоживу-щих радиоактивных изотопов.
 

Исследование нейтронного излучения обнаружило некоторые аналогии между ним и у-излучеписм, с которым оно имеет общие свойства: большая проникающая способность, ионизация через посредство вторичных лучей, рассеяние. Задача измерения коэффициента поглощения, равно как и задача счета частиц, в обоих случаях связана с аналогичными трудностями. Условия генерации нейтронов создают особые трудности при изучении этих частиц. Начальная скорость нейтронов меняется с изменением начальной скорости возбуждающих а-лучей и зависит от направления испускания. Отсюда следует, что практически нельзя получить нейтронного излучения, однородного по энергии, и что скорости нейтронов имеют непрерывное распределение, характеризующееся наличием верхнего предела. Помимо того, все легкие элементы, при ядерном превращении которых образуются нейтроны, испускают также у-лучн, и различить эти излучения не всегда легко.
 

Применение нейтронного излучения дает существенные преимущества при неразрушающем контроле неоднородных изделий, содержащих слои или части из различных химических элементов, особенно при сочетаниях легких и тяжелых элементов.
 

Вызываемая нейтронным излучением болезнь называется лейкемией. Она часто сопровождается инфекционными заболеваниями.
 

При нейтронном излучении нейтроны возникают в результате бомбардировки ядер альфа-частицами.
 

В ионизирующем нейтронном излучении наиболее активную роль играют промежуточные и быстрые нейтроны.
 

Нейтроны ( нейтронное излучение) — нейтральные элементарные частицы. Поскольку нейтроны не имеют электрического заряда, при прохождении через вещество они взаимодействуют различным образом только с ядрами атомов. В результате этих процессов образуются либо заряженные частицы ( ядра отдачи, протоны, дейтроны), либо

Для терапии нейтронное излучение имеет следующее значение. Нейтроны передают всю свою энергию окружающему легкому веществу, прежде всего веществу, содержащему водород, уже на маленьком отрезке пути — всего в несколько сантиметров. Человеческое тело состоит большей частью из водорода и других легких элементов, особенно углерода.
 

В случае нейтронного излучения нейтроны взаимодействуют с дельтообразным потенциалом ядерных сил 8 ( х, у, г), к интенсивность дифракции по сравнению с рентгеновским излучением примерно в 102 раз слабее. Этим методом удается получать сведения об ориентации магнитных моментов атомов в элементарной ячейке.
 

Измерение ионизирующих излучений

Методы измерения

См. также: Дозиметр и Детектор элементарных частиц

Исторически первыми датчиками ионизирующего излучения были химические светочувствительные материалы, используемые в фотографии. Ионизирующие излучения засвечивали фотопластинку, помещённую в светонепроницаемый конверт. Однако от них быстро отказались из-за длительности и затратности процесса, сложности проявки и низкой информативности.

В качестве датчиков ионизирующего излучения в быту и промышленности наибольшее распространение получили дозиметры на базе счётчиков Гейгера. Счётчик Гейгера — газоразрядный прибор, в котором ионизация газа излучением превращается в электрический ток между электродами. Как правило, такие приборы корректно регистрируют только гамма-излучение. Некоторые приборы снабжаются специальным фильтром, преобразующим бета-излучение в гамма-кванты за счёт тормозного излучения. Счётчики Гейгера плохо селектируют излучения по энергии, для этого используют другую разновидность газоразрядного счётчика, т. н. пропорциональный счётчик.

Существуют полупроводниковые датчики ионизирующего излучения. Принцип их действия аналогичен газоразрядным приборам с тем отличием, что ионизируется объём полупроводника между двумя электродами. В простейшем случае это обратносмещенный полупроводниковый диод. Для максимальной чувствительности такие детекторы имеют значительные размеры.

Широкое применение в науке получили сцинтилляторы. Эти приборы преобразуют энергию излучения в видимый свет за счёт поглощения излучения в специальном веществе. Вспышка света регистрируется фотоэлектронным умножителем. Сцинтилляторы хорошо разделяют излучение по энергиям.

Для исследования потоков элементарных частиц применяют множество других методов, позволяющих полнее исследовать их свойства, например, пузырьковая камера, камера Вильсона.

Единицы измерения

Эффективность взаимодействия ионизирующего излучения с веществом зависит от типа излучения, энергии частиц и сечения взаимодействия облучаемого вещества. Важные показатели взаимодействия ионизирующего излучения с веществом:

• линейная передача энергии (ЛПЭ), показывающая, какую энергию излучение передаёт среде на единице длины пробега при единичной плотности вещества.
• поглощённая доза излучения, показывающая, какая энергия излучения поглощается в единице массы вещества.

В Международной системе единиц (СИ) единицей поглощённой дозы является грэй (русское обозначение: Гр, международное: Gy), численно равный поглощённой энергии в 1 Дж на 1 кг массы вещества. Иногда встречается устаревшая внесистемная единица рад (русское обозначение: рад; международное: rad): доза, соответствующая поглощённой энергии 100 эрг на 1 грамм вещества. 1 рад = 0,01 Гр. Не следует путать поглощённую дозу с эквивалентной дозой .

Также широко применяется устаревшее понятие экспозиционная доза излучения — величина, показывающая, какой заряд создаёт фотонное (гамма- или рентгеновское) излучение в единице объёма воздуха. Для этого обычно используют внесистемную единицу экспозиционной дозы рентген (русское обозначение: Р; международное: R): доза фотонного излучения, образующего ионы с зарядом в 1 ед. заряда СГСЭ ((1/3)⋅10−9кулон) в 1 см³ воздуха. В системе СИ используется единица кулон на килограмм (русское обозначение: Кл/кг; международное: C/kg): 1 Кл/кг = 3876 Р; 1 Р = 2,57976⋅10−4 Кл/кг.

Активность радиоактивного источника ионизирующего излучения определяется как среднее количество распадов ядер в единицу времени. Соответствующая единица в системе СИ беккерель (русское обозначение: Бк; международное: Bq) обозначает количество распадов в секунду. Применяется также внесистемная единица кюри (русское обозначение: Ки; международное: Ci). 1 Ки = 3,7⋅1010 Бк. Первоначальное определение этой единицы соответствовало активности 1 г радия-226.

Корпускулярное ионизирующее излучение также характеризуется кинетической энергией частиц. Для измерения этого параметра наиболее распространена внесистемная единица электронвольт (русское обозначение: эВ, международное: eV). Как правило радиоактивный источник генерирует частицы с определённым спектром энергий. Датчики излучений также имеют неравномерную чувствительность по энергии частиц.

Влияние радиации на человека

Радиация и ее влияние на человека может вызывать серьезные нарушения в здоровье. Поражение касается не только организма того, кто подвергся облучению, но и следующих поколений, так как радиация влияет на генетический аппарат. Поэтому радиоактивное влияние имеет два эффекта:

• Соматический – возникают такие заболевания, как лейкозы, онкологические образования органов, локальные лучевые поражения и лучевая болезнь.
• Генетический – приводит к генным мутациям и изменениям структуры хромосом.

Облучение хронического характера несет меньшую нагрузку на организм, чем разовое в той же дозе, ведь успевают происходить восстановительные процессы. Скапливание радионуклидов в организме происходит неравномерно. Более всего страдают дыхательные и пищеварительные органы, через которые в организм проникают радионуклиды, печень и щитовидная железа. Среди онкологий, вызванных радиацией, наиболее распространены рак щитовидки и молочной железы.

Лучевой лейкоз, то есть рак крови, может обнаружиться по прошествии четырех-десяти лет после облучения. Он особо опасен для тех, кто еще не достиг пятнадцатилетнего возраста. То, что радиация может приводить к этой болезни, свидетельствует ее рост у жителей Хиросимы и Нагасаки. Кроме того, было подмечено, что смертность среди рентгенологов увеличена именно по причине лейкоза.

Облучение радиацией также чревато онкологией легких. В частности, диагноз распространен среди шахтеров, работающих на урановых рудниках.

Самым известным последствием радиационного действия является лучевая болезнь. Ее провоцируют как разовые облучения, так и хронические. Большие дозы могут привести к летальному исходу.

Мутации, которые проходят в генетическом аппарате в следствие облучения, на данный момент изучены не достаточно. Это обусловлено тем, что они способны проявляться через многие годы в разных поколениях. Тогда становится трудно доказать, по какой именно причине произошла та или иная мутация.

Иногда они проявляются сразу. Такие мутации называют доминантными. Существуют рецессивные мутации, дающие знать о себе через поколения. Хотя они могут не выявиться в новых поколениях вообще. Мутации выявляются физическими или психическими нарушениями в здоровье потомков. Для этого поврежденному гену нужно соединиться с геном, обладающим одинаковым с ним повреждением.

При внешних облучениях появляются ожоги кожных и слизистых покровов, разные по степеням тяжести.

Чем проверить наличие радиации

Проверить уровень радиации может возникнуть при покупке новой квартиры, квартиры в неблагополучном районе или использовании подозрительных материалов на строительстве дома. У человека нет органов чувств способных почувствовать радиацию и оценить опасность. Поэтому для её обнаружения необходимо наличие специализированных приборов — дозиметров.

Бытовые дозиметры для измерения радиации

Они могут быть бытовыми, профессиональными, промышленными или военными. В качестве чувствительного элемента могут использоваться различные датчики: газоразрядные, сцинтилляционные кристаллы, слюдяные счётчики Гейгера-Мюллера, термолюминесцентные лампы, пин-диоды.

Для замеров в домашних условиях нам доступны бытовые дозиметры. В зависимости от прибора он может выводить показания на дисплей в мкЗв/ч или мкР/ч. Некоторые приборы более близкие к профессиональным могут показывать в обоих вариантах. Следует учитывать, что бытовые дозиметры имеют довольно высокий уровень погрешности измерений.