III. Радиационный фон и источники ионизирующих излучений.

III. РАДИАЦИОННЫЙ ФОН И ИСТОЧНИКИ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ.

Космогенные радионуклиды

В результате ядерных реакций, идущих под влиянием космических лучей в атмосфере и частично в литосфере, образуются радиоактивные ядра. Из них в создание дозы наибольший вклад вносят (β-излучатели: ³H (Т_1/2 = 12,35 лет), ¹⁴C (T_1/2 = 5730 лет), ²²Na (T_1/2 = 2,6 лет), — поступающие в организм человека вместе с пищей. Как следует из приведенных данных, наибольший вклад в облучение вносит углерод-14. Взрослый человек потребляет с пищей ~ 95 кг углерода в год.

- солнечное излучение, состоящее из электромагнитного излучения вплоть до рентгеновского диапазона, протонов и альфа-частиц;

Перечисленные виды излучения являются первичными, они почти полностью исчезают на высоте около 20 км вследствие взаимодействия с верхними слоями атмосферы. При этом образуется вторичное космическое излучение, которое достигает поверхности Земли и воздействует на биосферу (в том числе на человека). В состав вторичного излучения входят нейтроны, протоны, мезоны, электроны и фотоны.

Интенсивность космического излучения зависит от ряда факторов:

• изменений потока галактического излучения,

• активности солнца,

• географической широты,

• высоты над уровнем моря.

В зависимости от высоты интенсивность космического излучения резко возрастает.

 

Радионуклиды земной коры.

В земной коре рассеяны долгоживущие (с периодом полураспада в миллиарды лет) изотопы, которые не успели распасться за время существования нашей планеты. Они образовались, наверное, одновременно с образованием планет Солнечной системы (относительно короткоживущие изотопы распались полностью). Эти изотопы называются естественными радиоактивными веществами, это значит такими, которые образовались и постоянно вновь образовываются без участия человека. Распадаясь, они образуют промежуточные, также радиоактивные, изотопы.

Внешними источниками излучений являются более 60 естественных радионуклидов, находящихся в биосфере Земли. Естественные радиоактивные элементы содержатся в относительно небольшом количестве во всех оболочках и ядре Земли. Особое значение для человека имеют радиоактивные элементы биосферы, т.е. той части оболочки Земли (лито-, гидро-и атмосфере), где находятся микроорганизмы, растения, животные и человек.

В течение миллиардов лет шел постоянный процесс радиоактивного распада нестабильных ядер атомов. В результате этого общая радиоактивность вещества Земли, горных пород постепенно снижалась. Относительно короткоживущие изотопы распались полностью. Сохранились главным образом элементы с полураспадом, измеряемым миллиардами лет, а также относительно короткоживущие вторичные продукты радиоактивного распада, образующиеся последовательные цепочки преобразований, так называемые семейства радиоактивных элементов. В земной коре естественные радионуклиды могут быть более или менее равномерно рассеяны или сконцентрированы в виде месторождений.

Природные (естественные) радионуклиды можно разделить на три группы:

- радионуклиды, принадлежащие радиоактивным семействам (рядам),

- другие (не принадлежащие радиоактивным семействам) радионуклиды, вошедшие в состав земной коры при формировании планеты,

- радионуклиды, образовавшиеся под действием космического излучения.

В процессе формирования Земли в состав ее коры наряду со стабильными нуклидами вошли и радионуклиды. Большая часть этих радионуклидов относится к так называемым радиоактивным семействам (рядам). Каждый ряд представляет собой цепочку последовательных радиоактивных превращений, когда ядро, образующееся при распаде материнского ядра, тоже, в свою очередь, распадается, вновь порождая неустойчивое ядро и т. д. Началом такой цепочки является радионуклид, который не образуется из другого радионуклида, а содержится в земной коре и биосфере с момента их рождения. Этот радионуклид называют родоначальником и его именем называют все семейство (ряд). Всего в природе существует три родоначальника - уран-235, уран-238 и торий-232, и, соответственно, три радиоактивных ряда - два урановых и ториевый. Заканчиваются все ряды стабильными изотопами свинца.

Самый большой период полураспада у тория (14 млрд. лет), поэтому он со времени аккреции Земли сохранился почти полностью. Уран-238 распался в значительной степени, распалась подавляющая часть урана-235, а изотоп нептуния-232 распался весь. По этой причине в земной коре много тория (почти в 20 раз больше урана), а урана-235 в 140 раз меньше, чем урана-238. Поскольку родоначальник четвертого семейства (нептуний) со времени аккреции Земли весь распался, то в горных породах его почти нет. В ничтожных количествах нептуний обнаружен в урановых рудах. Но происхождение его вторичное и обязано бомбардировке ядер урана-238 нейтронами космических лучей. Сейчас нептуний получают с помощью искусственных ядерных реакций. Для эколога он не представляет интереса.

Около 0,0003% (по разным данным 0,00025-0,0004%) Массы земной коры - это уран. То есть в одном кубометре самого обычного грунта содержится в среднем 5 граммов урана. Есть места, где это количество в тысячи раз больше — это месторождения урана. В кубометре морской воды содержится около 1,5 мг урана. Этот природный химический элемент представлен двумя изотопами -238U и 235U, каждый из которых является родоначальником своего радиоактивного ряда. Подавляющая часть природного урана (99,3%) - это уран-238. Этот радионуклид весьма устойчив, вероятность его распада (а именно — альфа-распада) очень мала. Эта вероятность характеризуется периодом полураспада, равным 4,5 миллиарда лет. То есть со времен формирования нашей планеты его количество уменьшилось вдвое. Из этого, в свою очередь, следует, что радиационный фон на нашей планете раньше был выше. Цепочки радиоактивных превращений, порождающей природные радионуклиды уранового ряда:

Радиоактивный ряд включает как долгоживущие радионуклиды (то есть радионуклиды с большим периодом полураспада), так и короткоживущие, но в природе существуют все радионуклиды ряда, даже те, которые быстро распадаются. Это связано с тем, что с течением времени установилось равновесие (так называемое «вековое равновесие») — скорость распада каждого радионуклида равна скорости его образования.

Существуют природные радионуклиды, которые вошли состав земной коры в процессе формирования планеты и которые не принадлежат урановым или ториевому рядам. В первую очередь - это калий-40. Содержание ⁴⁰К в земной коре около 0,00027% (масс), период полураспада 1,3 миллиарда лет. Дочерний нуклид - каль-ций-40 - является стабильным. Калий-40 в значительном количестве входит в состав растений и живых организмов, вносит существенный вклад в общую дозу внутреннего облучения человека.

Природный калий содержит три изотопа: калий-39, калий-40 и калий-41, из которых только калий-40 радиоактивен. Количественное соотношение этих трех изотопов в природе выглядит так: 93,08 %, 0,012 % и 6,91 %.

Калий-40 распадается двумя путями. Около 88% его атомов испытывают бета-излучение и превращаются в атомы кальция-40. Остальные 12% атомов, испытывая К-захват, превращаются в атомы аргона-40. На этом свойстве калия-40 основан калий-аргоновый метод определения абсолютного возраста горных пород и минералов.

 

Третью группу природных радионуклидов составляют космогенные радионуклиды. Эти радионуклиды образуются под действием космического излучения из стабильных нуклидов в результате ядерных реакций. К ним относятся тритий, бериллий-7, углерод-14, натрий-22. Например, ядерные реакции образования трития и углерода-14 из азота под действием космических нейтронов:

Особое место среди природных радиоизотопов занимает углерод. Природный углерод состоит из двух стабильных изотопов, среди которых преобладает углерод-12 (98,89 %). Остальная часть почти целиком приходится на изотоп углерод-13 (1,11 %).

Помимо стабильных изотопов углерода известны еще пять радиоактивных. Четыре из них (углерод-10, углерод-11, углерод-15 и углерод-16) характеризуются весьма малыми периодами полураспада (секунды и доли секунды). Пятый радиоизотоп, углерод-14, имеет период полураспада 5730 лет.

В природе концентрация углерода-14 крайне мала. Например, в современных растениях один атом этого изотопа приходится на 10⁹ атомов углерода-12 и углерода-13. Однако с появлением атомного оружия и ядерной техники углерод-14 получается искусственно при взаимодействии медленных нейтронов с азотом атмосферы, поэтому количество его постоянно растет.

 

Существует некоторая условность относительно точки зрения того, какой фон считать «нормальным». Так, при «среднепланетарной» годовой эффективной дозе на одного человека 2,4 мЗв во многих странах эта величина составляет 7-9 мЗв/год. То есть испокон веков миллионы людей живут в условиях природных дозовых нагрузок, которые в несколько раз выше, чем среднестатистические. Медицинские исследования и демографическая статистика показывают, что это никак не сказывается на их жизни, не оказывают никакого негативного влияния на их здоровье и здоровье их потомства.

Говоря об условности понятия «нормальный» природный фон, можно указать также ряд мест на планете, где уровень природной радиации превышает среднестатистический не только в разы, но и в десятки раз (таблица), этому воздействию подвержены десятки и сотни тысяч жителей. И это тоже норма, это тоже никак не сказывается на их здоровье. Более того, многие районы с повышенным радиационным фоном в течение столетий являются местами массового туризма (морские побережья) и признанными курортами (Кавказские Минеральные Воды, Карловы Вары и др.).

Радон

Относительно недавно учеными было установлено, что основной вклад в облучение человека от природных источников облучения вносит радионуклид ²²²Rn. В среднем этот радионуклид и продукты его распада формируют дозу, сопоставимую со средней дозой от всех остальных источников природного облучения.

Радон-222 является членом радиоактивного семейства урана-238, он образуется в результате альфа-распада радия-226, имеет период полураспада около 4 дней и в результате собственного альфа-распада превращается в полоний-218. Радон не имеет ни вкуса, ни запаха и в 7,5 раза тяжелее воздуха. Особенностью радона являются его химические свойства - это инертный газ, атомы которого практически не образуют химических соединений с другими атомами, вследствие чего радон не удерживается внутри вещества (минерала, почвы, строительного материала) в виде соединения, как другие радионуклиды, а свободно мигрирует из объема вещества к поверхности и попадает в воздух.

На открытой местности радон быстро рассеивается в атмосфере и не оказывает существенного радиационного воздействия на человека. Обычный диапазон активности радона-222 на открытом воздухе составляет 4-10 Бк/м³ и зависит от местности и погоды. В помещениях удельная активность радона значительно выше, а формируемая им доза в среднем сопоставима со всеми описанными выше природными источниками, вместе взятыми.

В закрытых, мало проветриваемых помещениях радон может накапливаться, достигая высоких концентраций и создавая повышенное облучение человека в этих помещениях. Такая ситуация характерна в большей степени для подвалов и первых этажей зданий, где удельная активность радона может составлять величину порядка 1-10 кБк/м³.

Основная причина, по которой может возникнуть высокая концентрация радона в помещении - это выход его из грунта, особенно если в грунте повышенное содержание урана и, следовательно, радия-226. Критическим фактором в этом случае является толщина и целостность (микротрещины, поры, трещины) фундамента и межэтажных перекрытий. Концентрация в помещении радона за счет его эмиссии сквозь фундамент может превышать наружную в несколько тысяч раз.

Вторая причина - это использование строительных материалов с повышенной радиоактивностью. Например, на протяжении десятков лет в Швеции использовались глиноземы для производства строительного бетона. Из такого бетона было построено несколько сот тысяч домов. Затем обнаружили, что глиноземы содержат радий и торий на уровне 1400 Бк/кг, после чего их использование было резко сокращено. В ряде случаев причиной высокой концентрации радона может служить использование воды, богатой радием, например, воды артезианских колодцев. Содержание радона в такой воде может достигать десятков МБк/л, а активность радона порядка десятков кБк/л уже не является редкостью. Причем облучение происходит не столько в результате употребления этой воды (при кипячении радон быстро улетучивается), сколько в результате вдыхания паров воды, например, в ванной комнате.

Атмосферный воздух также может служить непосредственным источником поступления радона внутрь помещений. Воздухообмен может осуществляться за счет естественной вентиляции через открытые окна и двери, за счет принудительной вентиляции и фильтрации и за счет неконтролируемой утечки воздуха через трещины в строительных покрытиях. Если дом плохо герметизирован, то скорость поступления радона внутрь помещения из наружного воздуха может оказаться значительной. Скорость поступления радона за счет фильтрации наружного воздуха пропорциональна кратности воздухообмена.

Следующим источником радона в домах является водопровод и канализация. Радон довольно хорошо растворим в воде. При нагревании или разбрызгивании воды, содержащийся в ней радон частично переходит в воздух. Концентрация радона в поверхностных водах, как правило, меньше, чем в грунтовых.

С повышением температуры значительно увеличивается степень обезгаживания воды. При этом количество освобождающегося и поступающего в воздух радона зависит от условий пользования водой. Большие концентрации радона в воде характерны, как правило, для глубоких скважин, пробуренных в гранитных породах.

Независимо от путей попадания радона в помещение главным фактором, влияющим на его накопление, является степень герметизации помещения, что особенно актуально для стран с холодным климатом и хорошим качеством домов (Швеция, Финляндия и др.). Кроме герметизации помещений, к которой вынуждены прибегать жители холодных стран, накопление радона связано с «эффектом дымохода», когда низкая температура почвы и наружных стен приводит к втягиванию воздуха внутрь помещения. Отсюда следует и универсальный метод предотвращения его накопления - регулярное проветривание.

Согласно российским нормативам, предельное содержание радона-222 в жилых зданиях 200 Бк/м³. Этот же уровень Национальный Совет по радиационной защите Соединенного Королевства рекомендует считать пределом, при превышении которого необходимо принять меры для его снижения. В условиях Финляндии, например, такая концентрация радона в новых домах - обычное явление.

Строго говоря, доза обусловлена в основном не самим радоном-222, а продуктами его распада, которые также радиоактивны.

Биологическое воздействие

Попадая в организм человека, радон способствует процессам, приводящим к раку лёгких. Распад ядер радона и его дочерних изотопов в легочной ткани вызывает микроожог, поскольку вся энергия альфа-частиц поглощается практически в точке распада. Особенно опасно сочетание воздействия радона и курения. Считается, что радон — второй по частоте после курения фактор, вызывающий рак лёгких. Рак лёгких, вызванный радоновым облучением, является шестой по частоте причиной смерти от рака.

Радионуклиды радона обусловливают более половины всей дозы радиации, которую в среднем получает организм человека от природных и техногенных радионуклидов окружающей среды.

Меры профилактики

• Изоляция подвалов зданий и перекрытий между подвалом и первым этажом от почвенного воздуха. Для этого по монолитно-фундаментной плите и по внутренней поверхности стен подвала устраивается герметичный противорадоновый ковер.

• Интенсивное проветривание подвальных помещений или создание промежуточного продуваемого пространства между подвалом и жилыми помещениями.

• Свободный газоотвод из почвы вне контуров здания, например, путем устройства обратной засыпки экологически чистыми газопроницаемыми материалами.

• Изменение объемно-планировочных и конструктивных решений, обеспечивающих минимальное использование строительных материалов с повышенными радиоактивностью и радоновыделением.

• Геметизация оконных и дверных проемов, обеспечение раздельной, в том числе принудительной, вентиляции помещений, независимо для каждого этажа.

• Отделка фасада и кровли здания материалами, предотвращающими скопление пыли и снижающими газопоглощение.

• Облицовка внутренних поверхностей, помещений или их покрытий специальной противорадоновой краской.

• В эксплуатируемых зданиях, до проведения изоляции подвальных помещений, можно рекомендовать жильцам:

- настелить на пол линолиум без подкладки (которая может накапливать продукты распада радона);

- почаще проветривать помещение;

- заделать щели в полу и стенах;

- покрыть полы масляной краской (не менее 3-х слоев);

- оклеить стены обоями (снижение проникновения радона около 30%.);

- произвести облицовку стен и полов пластиком (поступление радона уменьшается примерно в 10 раз).

Следует отметить, что проблеме радона в помещениях во многих странах было уделено очень большое внимание. На проведение масштабных исследований и изменение условий проживания в этой связи некоторыми странами были потрачены колоссальные средства. Проведённые позже крупные исследования и накопленные статистические данные показали, что в том диапазоне концентраций, который характерен для помещений, повышение содержания радона не только не увеличивает, а, наоборот, уменьшает вероятность заболевания раком легких.

Предметы общего потребления

Источником облучения могут быть общеупотребительные предметы, производившиеся, как правило, 30-50 лет назад. Наиболее употребительным из таких предметов являются часы, циферблат которых светится независимо от внешних условий (предварительного освещения, электрического питания) под действием излучения радия-226, входящего в состав люминофора (так называемая «радиолюминесценция»). Подобные светящиеся системы нашли достаточно широкое распространение (шкала приборов, светящиеся указатели, компасы, телефонные диски, оптические приборы и т. д.) и получили название радиолюминесцентные источники (РЛИ). Современные РЛИ рассчитаны и изготовлены так, чтобы не создавать сколь-нибудь значимого облучения своих пользователей, однако старые источники могут быть не столь совершенны. Например, часы с радием, изготовленные в Великобритании до 1967 года, создают их владельцу такую же дозу, какую в среднем получают работники атомной промышленности. К концу 70-х у населения этой страны еще находилось в пользовании около 800 000 таких часов.

Действие многих детекторов дыма, используемых в системах пожарной сигнализации, основано на использовании альфа-активных радионуклидов. Например, к концу 1980 года в США было установлено более 26 миллионов детекторов на основе америция-241.

Другими примерами применения радионуклидов могли бы служить антистатические щетки в фотопроизводстве, изготовление оптических линз, стоматология, электроприборы, изделия (стекло, керамика) и сплавы, содержащие уран и торий и т. д.

Сжигание угля

Уголь, подобно большинству других природных материалов, содержит ничтожные количества первичных радионуклидов. Последние, извлеченные вместе с углем из недр земли, после сжигания угля попадают в окружающую среду, где могут служить источником облучения людей.

Хотя концентрация радионуклидов в разных угольных пластах различается в сотни раз, в основном уголь содержит меньше радионуклидов, чем земная кора в среднем. Но при сжигании угля большая часть его минеральных компонентов спекается в шлак или золу, куда в основном и попадают радиоактивные вещества. Большая часть золы и шлаки остаются на дне топки электросиловой станции. Однако более легкая зольная пыль уносится тягой в трубу электростанции. Количество этой пыли зависит от отношения к проблемам загрязнения окружающей среды и от средств, вкладываемых в сооружение очистных устройств.

Облака, извергаемые трубами тепловых электростанций, приводят к дополнительному облучению людей, а оседая на землю, частички могут вновь вернуться в воздух в составе пыли. Согласно текущим оценкам, производство каждого гигаватт-года электроэнергии обходится человечеству в 2 чел-Зв ожидаемой коллективной эффективной эквивалентной дозы облучения.

В 1 кг угля содержится, в зависимости от месторождения, от 1 до 70 Бк ⁴⁰К, от 3 до 500 Бк ²³⁸U, от 3 до 300 Бк ²³²Th. Кроме того, в атмосферу выбрасывается ²²²Rn, содержание которого в угле около 20 Бк/кг.

Например, для того, чтобы лампочка в 100 Вт горела в течение года, необходимо около 300 кг угля. При сгорании каждый килограмм угля превращается в 100-400 г золы и шлаков, которые частично (1-20% - в зависимости от качества очистных сооружений) выбрасываются в атмосферу. Соответственно этим данным можно сделать оценки: электростанция на угле, генерируя электрическую мощность 1000 МВт и потребляя около 3 000 000 000 кг угля в год, выбрасывает при этом в атмосферу или оставляет в золоотвалах в среднем порядка 100 ГБк ⁴⁰К, 200 ГБк ²³⁸U, 200 ГБк ²³²Th и около 60 ГБк ²²²Rn, что составляет далеко не полный список радионуклидов, содержащихся в угле.

Использование фосфатных руд

Добыча фосфатов ведется во многих местах земного шара; они используются главным образом для производства удобрений, которых в 1977 году во всем мире было получено около 30 млн. т. Большинство разрабатываемых в настоящее время фосфатных месторождений содержит уран, присутствующий там в довольно высокой концентрации. В процессе добычи и переработки руды выделяется радон, да и сами удобрения радиоактивны, и содержащиеся в них радиоизотопы проникают из почвы в пищевые культуры. Радиоактивное загрязнение в этом случае бывает обыкновенно незначительным, но возрастает, если удобрения вносят в землю в жидком виде или если содержащие фосфаты вещества скармливают скоту. Такие вещества действительно широко используются в качестве кормовых добавок, что может привести к значительному повышению содержания радиоактивности в молоке. Все эти аспекты применения фосфатов дают за год ожидаемую коллективную эффективную эквивалентную дозу, равную примерно 6000 чел-Зв.

Фосфатные руды имеют обычно повышенную концентрацию природных радионуклидов ⁴⁰К, ²³⁸U, ²²⁶Ra, ²¹⁰Po, ²¹⁰Pb. Продукты переработки фосфатных руд используются при производстве химикатов, удобрений, в строительной промышленности.

Строительные материалы

В составе строительных материалов могут присутствовать уран 238, торий 232, калий 40 и другие радионуклиды. Конечным продуктом распада некоторых из них является радон 222. Повышенное содержание радионуклидов свойственно калиевым и полевым шпатам, минералам глин и др.

Довольно сильно излучают магматические породы кислотного и щелочного состава (гранит, кварцевый диорит и т.д.), осадочные глины, особенно морские глубоководные. В меньшей степени - основные и ультраосновные породы (перидотит, габбро и др.).

Излучает, к примеру, гранит и щебень из него, могут излучать и другие разновидности природного камня. Радиоактивны стекловолокно, фосфогипс, силикатный кирпич. Особенно сильно излучает гранит, который является источником альфа-излучения. Уровень излучения у гранита составляет в среднем 25-30 мкР/ч. То есть, излучение от гранита хоть и высоковато, но не критично. Примечательно, что при нагревании радиоактивность гранита возрастает за счет интенсификации выделения из гранита радона. Об этом надо помнить тем, кто собирается облицовывать гранитом камины.

Медицина

Наиболее широкое применение радиация нашла в медицине. Методы, основанные на использовании ионизирующего излучения, применяются как для диагностики заболеваний, так и для их лечения. Эти методы основаны либо на введении радионуклидов внутрь организма, либо на облучении тканей внешними источниками.

Радиоизотопная диагностика in vivo (внутри организма) — метод исследования состояния организма и отдельных органов, основанный на наблюдении за радионуклидами, введенными внутрь организма. Другими словами, используется специально синтезированное биологически активное вещество, часть молекул которого содержит определенный радионуклид (молекулы как бы «мечены» радионуклидом). Такие вещества (или составы на их основе) называют радиофармпрепаратами. Введенные радионуклиды (³Н, ¹⁴С, ²⁴Na, ³⁵S, ⁴³K, ¹³¹I)ведут себя в биологических системах так же, как стабильные изотопы этих элементов. Отслеживая радионуклид по его излучению, которое ничтожно мало с точки зрения воздействия на организм, Но при этом надежно измеряется высокочувствительными детекторами, медики получают возможность изучать миграцию, превращения, накопление, выведение «меченого» биологически активного вещества и на основании этого сделать вывод о функционировании исследуемых органов ила тканей.

В качестве примера можно привести диагностику и лечение щитовидной железы с помощью радиоактивных изотопов йода. Именно радиоизотопной диагностике с применением радиоизотопов йода человечество обязано современным представлениям о функциях щитовидной железы и успехам лечения многих заболеваний, с ней связанных.

Другим широко применяемым радионуклидом является технеций-99 (⁹⁹Тс). Он используется для исследования костей, желудка, сердца, кровообращения, перфузии миокарда, гепатобилиарной системы, почек, легких и др. Этот радионуклид занимает лидирующие позиции в производстве радиофармпрепаратов.

Методы радиоизотопной диагностики позволяют получить такую информацию о пациенте, которую невозможно получить никакими другими методами. Опыт клинического применения радиоизотопной диагностики открыл новые возможности изучения метаболических

 

Радиоизотопная диагностика in vitro (в пробирке) - исследование образцов, полученных у пациента. Примеры такого рода диагностики - это радиоиммунный (радиоиммунологический) анализ и различные методы молекулярной биологии с использованием радионуклидов и стабильных изотопов.

Радиоизотопная диагностика in vitro позволяет без какого-либо вмешательства в организм своевременно и точно определить дефицит питательных веществ, витаминов и микроэлементов в организме человека и должным образом его скорректировать, а также выявить болезни сопряженные с их нехваткой. Эти методы имеют высокую социальную значимость, остро востребованы в ряде стран и имеют большой потенциал применения. В настоящее время свыше миллиарда человек страдают болезнями или потеряли трудоспособность вследствие дефицита питательных веществ.

Лучевая диагностика - метод медицинских исследований, основанный на получении изображения органов и тканей при помощи проникающего излучения (как правило, ионизирующего). Рентгенодиагностика (рентгенологическая диагностика) - метод медицинских исследований, основанный на получении изображения органов и тканей при прохождении через них рентгеновского излучения. Уникальные возможности использования рентгеновских лучей для исследования организма человека и животных были оценены и вошли в практику практически сразу после их открытия в 1895 году - первые диагностические «скиаграммы» опубликованы в январе 1896 года. С тех пор рентгенодиагностика является одним из самых распространенных методов диагностики в мире. Например» в США половина населения ежегодно проходит рентгенологическое обследование, в Японии такие обследования проходит более 70%. Подобным образом дело обстоит и в других развитых странах.

 

Радиотерапия - лечение радиацией (ионизирующим излучением). Радиотерапия основана на избирательном облучении больных органов или тканей организма.

Если проводить облучение не всего организма, а отдельных органов, то человек без вреда (или с оправданным риском для здоровья) переносит достаточно большие дозы. При проведении радиотерапии стремятся к тому, чтобы облучался лишь больной орган (ткань), но, как правило, облучение здоровых органов тоже происходит. Наибольшее распространение радиотерапия нашла при лечении онкологических (раковых) заболеваний. Облучение может осуществляться либо за счет радионуклидов, целенаправленно введенных в орган или ткань, либо внешними источниками излучения.

Радионуклидные методы радиотерапии (радиотерапия открытыми источниками) основаны на том, что радионуклид в составе специально подобранного химического соединения избирательно вводится в тот орган или ткань человека, которые необходимо облучить. В результате достигается целенаправленное дозированное воздействие, приводящее к уничтожению опухолевых тканей и выздоровлению. В настоящее время для лечения используют, как правило, источники на основе цезия-137. Эти источники настолько миниатюрны, что их можно поместить в малые бронхи: легких, желчные протоки и даже мелкие сосуды.

Внешнее облучение (лучевая терапия) применяется для лечения опухолей или воспаленных тканей. В качестве источников облучения используются ускорители (аппаратные источники ионизирующего излучения) или радиоизотопные установки, в основном на основе кобальта-60. При этом различными способами достигается минимальный уровень облучения здоровых участков, обеспечивающий их сохранность. Особое значение методы радиотерапии приобретают, когда хирургическое вмешательство невозможно.

 

Промышленность

Дефектоскопия. Методы дефектоскопии основаны на эффектах ослабления радиоактивных частиц и гамма-квантов при просвечивании вещества. Для этих целей уже давно применяют рентгеновские лучи. Однако, дефектоскопия, основанная на использовании гамма-излучения, требует меньших материальных затрат и дает более высокую точность измерений. Методом гамма-дефектоскопии производится контроль качества металлических изделий, а также кирпичных, бетонных и других сооружений.

Дефектоскопы особенно часто применяются для проверки качества швов трубопроводов. Для этого в свинцовом контейнере дефектоскопа размещается источник гамма-излучения. Чаще всего для этих целей используют кобальт-60 или цезий-137. Для приведения прибора в рабочее состояние радиоизотоп размещают напротив щели прибора. Гамма-лучи, вылетая из контейнера узким пучком, просвечивают стенку трубы, с другой стороны которой расположена фотопленка. Полученный таким образом снимок отображает все дефекты шва.

Дефекты кирпичных и бетонных стен выявляют при помощи дефектоскопов, в которых вместо фотопленки используют гамма-счетчики, которые передают сигналы на самописец, рисующий дефектограмму.

Измерительные приборы. В различных отраслях промышленности используется измерительная аппаратура, работающая на основе источников ионизирующего излучения. Такие приборы позволяют контролировать толщину изготавливаемой бумаги, ткани, фольги, различного проката, с большой точностью замерять уровень жидкости в закрытых резервуарах, проверять скорость движения газов по трубопроводам.

Радиоизотопы в науке.

Радионуклиды довольно легко определяются гамма-спектрометрами по энергии излучаемых ими гамма-квантов. Благодаря этому свойству их используют при слежении за ходом химических, физических и технологических процессов. Для этого к стабильным изотопам, участвующим в экспериментах, добавляют небольшое количество радионуклидов этих же или других элементов, которые в данном случае называют мечеными атомами. С помощью таких радиоактивных индикаторов можно проследить весь путь, который проделывает вещество в исследуемой системе, определить с какой скоростью оно движется и решить многие другие задачи.

Метод меченых атомов широко применяют в биологии. Любое радиоактивное вещество, попавшее в среду обитания, рано или поздно поступает в тот или иной организм, в том числе в тело человека. Большие дозы, получаемые организмом за короткое время, (минуты и часы), называют острыми дозами, которые опасны. В противоположность им существуют хронические дозы, которые организм может выдержать длительное время и даже в течение всей жизни. Такие малые дозы и используют в качестве радиоактивных меток. Они позволяют прослеживать движение различных элементов в растительных и животных организмах, картировать площади распространения популяций животных, пути их перемещения, а также изучать пищевые цепи.

При выборе радионуклидов для меток обычно избегают изотопов с очень большими периодами полураспада во избежание загрязнения окружающей среды, научных приборов и установок.

 

Атомная энергетика.

При создании и эксплуатации первых ядерных реакторов, предназначенных для наработки оружейного плутония, стало ясно, что огромное количество тепла, которое выделяется при делении ядер урана-235, можно и нужно использовать. Поскольку задачей первых реакторов было получение плутония, реактор просто охлаждали, отводя тепло в водоемы. Идея использовать это тепло для выработки электроэнергии положила начало принципиально другому, мирному использованию явления деления ядер - атомной энергетике, которую иногда называют «дочерью уранового проекта.

Атомная электростанция - это предприятие, которое в промышленных масштабах организует преобразование энергии деления атомного ядра в электрическую энергию.

Атомные электростанции отличаются по типу используемого реактора и по мощности. Мощность электростанции - это то количество электроэнергии, которое она способна вырабатывать в единицу времени. Для обозначения электрической мощности используется кВт (киловатт, тысяча ватт), МВт (мегаватт, миллион ватт) или ГВт (ги-гаватт, миллиард ватт). Соответственно, количество вырабатываемой электроэнергии измеряется в кВт-ч (киловатт-час), МВт-ч (мегаватт-час), ГВт-ч (гигаватт-час) или ГВт-сут (гигаватт-сутки), ГВт-год (гигаватт-год). Мощность АЭС складывается из мощности энергоблоков, каждый из которых включает собственно реактор, сопутствующее оборудование и сооружения. Обычно в состав АЭС входят 3-5 блоков. Максимальная мощность энергоблока, на которой он может нормально работать, на которую он рассчитан по проекту, называется установленной мощностью (этот термин используется для описания любых энергетических установок). Это его рабочая, нормальная мощность.

Первая в мире АЭС была введена в эксплуатацию в России 27 июля 1954 года (г. Обнинск). Ее электрическая мощность составляла 5 МВт (5 000 000 Вт). То есть она могла питать, например, более 160 000 лампочек по 30 Вт. С тех пор атомной энергетикой был проделан огромный путь. Мощность современных АЭС на три порядка больше, и они снабжают электроэнергией огромные регионы и мегаполисы.

Сейчас доля ядерной энергии составляет около 6% от общего производства энергии (то есть энергии любого вида, а не только электрической) и около 20% от производства электроэнергии в мире. В промышленно развитых странах атомная энергия занимает весьма существенные позиции, например, в странах Европейского Союза (ЕС) доля атомной электроэнергии состав