Искусственные источники ИИ и загрязнении окружающей среды радиоактивными веществами По биологической значимости искусственные источники ИИ и загрязнении окружающей среды РВ располагаются в следующем порядке: • Использование ИИ и РВ в медицине • Ядерные и термоядерные взрывы • Атомная энергетика • Источников ИИ в быту Ориентировочные дозы, которые получают люди при проведении некоторых медицинских процедур, представлены в таблице. Ориентировочные значения поглощенной дозы при некоторых медицинских процедурах, сЗв Медицинская процедура Доза Флюорография легких 2 Рентгеновский снимок зубов (ортопантография) 5 Рентгеноскопия органов грудной полости 10 Рентгеноскопия органов брюшной полости 15 Лечение злокачественных опухолей до 5000 В среднем при медицинских обследованиях на одного жителя Земли в год приходится доза облучения, эквивалентная 0,4 мЗв. Наиболее распространенным видом излучения, применяемым в диагностической практике, являются рентгеновские лучи: на каждую 1000 жителей приходится от 300 до 900 обследований в год. Внедрение технических усовершенствований (компьютерной томографии, использование более чувствительных пленок, электрографии, рационального экранирования и пр.) позволяет резко снизить дозы облучения без уменьшения диагностической и лечебной эффективности процедур. Радиоизотопы применяются для исследования различных процессов, протекающих в организме, и для локализации опухолей: в промышленно развитых странах на 1000 населения приходится около 10-40 радиоизотопных исследований. Одним из наиболее эффективных методов лечения опухолевых заболеваний является лучевая терапия. Ядерные и термоядерные взрывы Схематическое представление конструкции атомной бомбы 1 – заряд урана-235 или плутония-239; 2 – обычное взрывчатое вещество (запал для соединения кусков урана с целью достижения критической массы); 3 – оболочка из металла большой плотности Схематическое представление деления ядра 235U Ядерный взрыв в атмосфере Общее количество ядерных взрывов на территории земного шара Страна Год Число взрывов США 1945-1992 1030 СССР-Россия 1949-1991 716 Франция Великобритания 1960-1997 1950-1960 210 44 Китай 1964-1996 45 Индия 1974, 1998 6 1998 5 Пакистан При атомном взрыве образуются продукты деления ядерного горючего 235U, 238U, 239Pu с образованием сложной смеси из 200 изотопов 36 химических элементов с периодом полураспада от 1 с до млн лет. По характеру излучения все они относятся к бета- и гамма+бета-излучателям, кроме 147Sm и 144Nd – альфаизлучатели. Дополнительным источником радиоактивного загрязнения местности служит также наведенная радиоактивность, возникающая в результате воздействия потока нейтронов, образующихся при цепной реакции деления урана или плутония на ядра атомов различных веществ окружающей среды. Высокодисперсные фракции продуктов ядерных взрывов поднимаются в верхние слои атмосферы и годами и даже десятилетиями циркулируют там, распространяясь вначале над своим полушарием, а зaтeм и над всей территорией земного шара, и лишь постепенно выпадают на поверхность Земли. В течение 10 лет, когда испытания проводились наиболее интенсивно, население Земли получило за счет глобальных выпадений дополнительно 2 мЗв (одна годовая доза от естественного фона). Наибольший практический интерес для радиобиологии представляют следующие искусственные радионуклиды: 131J, 89Sr, 90Sr, 137Cs, 134Cs 140Ba, 144Ce. Активность продуктов ядерного деления быстро снижается в первые часы и сутки, например, в первые сутки наблюдается снижение активности в 50 раз. Снижение активности ПЯД с течением времени Время, ч Относительная активность Время, ч Относительная активность 1 1000 30 17 1,5 610 40 12 2 440 60 7,3 3 70 100 4,3 5 150 200 1,7 7 97 400 0,75 10 63 600 0,46 15 39 800 0,33 20 27 1000 0,25 При термоядерных взрывах в момент реакции синтеза возникает интенсивный поток нейтронов, вызывающих образование значительного количества продуктов активации – наведенную радиоактивность. Термоядерные реакции протекают при температурах, достигающих нескольких миллионов градусов. В этих условиях ядра легких элементов, двигаясь с большими кинетическими энергиями, будут сближаться и объединяться в ядра более тяжелых элементов, например: 2 D + 3 T 4 He + 1 n + E (17,57 МэВ) 1 1 2 0 На этом принципе основано устройство термоядерных зарядов, состоящих из плутониевого запала, служащего для создания высокой температуры, и смеси изотопов водорода–дейтерия и трития. Основными источниками загрязнения окружающей среды являются радиоактивные осколки 238U, 239Pu, тритий 3Н и радиоуглерод 14С. В результате проведенных до 1959 года термоядерных взрывов в земной атмосфере образовалось около 560 кг 14С. При воздушном взрыве РВ распыляются на большой площади, но под влиянием атмосферных осадков, выпавших в момент прохождения радиоактивного облака, может повыситься загрязнение в том или ином районе. Взрывы средней и малой мощности (до нескольких килотонн тротилового эквивалента) загрязняют в основном тропосферу – на высоте 18 км, мелкие и крупные частицы выпадают на расстоянии нескольких сот километров от эпицентра, образуя локальные радиоактивные загрязнения. Крупные взрывы в несколько мегатонн загрязняют, главным образом, стратосферу на высоте 80 км. Воздушными течениями частицы продукты ядерного деления (ПЯД) способны совершать очень большой путь, вплоть до нескольких оборотов вокруг земного шара, образуя в результате выпадения глобальные загрязнения. Продукты взрывов распределяются следующим образом: при воздушном взрыве 99% задерживается в стратосфере; при наземном взрыве 20% попадает в стратосферу, а 80% выпадает в районе взрыва; при взрывах у поверхности моря 30% остается в стратосфере, а 70% выпадает локально. ПЯД могут находиться в тропосфере 2-3 месяца, в стратосфере – 3-9 лет. По данным исследователей, из имеющихся в стратосфере ПЯД ежегодно осаждается 10% 90Sr и 137Cs. По данным Научного комитета ООН по действию атомной радиации, при испытаниях ядерного оружия, проводимых до 1963 года, суммарная мощность взорванных боеприпасов и устройств составила 510,9 мегатонн по тротиловому эквиваленту, в т.ч.: при воздушных взрывах – 406,2 Мт, при наземных – 104,7 Мт. Выпадение радионуклидов составило в МКи: 3H – 360, 14C – 6,2; 55Fe – 50, 89Sr – 2800, 90Sr – 12,2, 106Ru – 330, 144Ce – 182,4, 137Cs – 19,5, 239Pu – 0,32. Схема ядерного взрыва