Радиационная и экологическая безопасность атомной энергетики - Ян Мархоцкий

Углерод-14. Общее содержание углерода в теле взрослого человека составляет в среднем 18 % т. е. около 12,6 кг. Углерод равномерно распределяется в тканях, следует считать, что их удельная радиоактивность по 14С составляет 52 Бк/кг.

Тритий — 3Н. Количество трития составляет 10,2 % в мышцах и 6,4 % – в костях. Удельная активность в мягких тканях тела человека за счет 3Н составляет 0,55 Бк/кг, а в костях – 0,34 Бк/кг.

Свинец — 210Pb. Основная часть свинца содержится в скелете. Удельная активность в костной ткани составляет 15 Бк/кг, а в мягких тканях – 6,4 Бк/кг.

Полоний — 210Ро. В течение суток из воздуха в легкие человека поступает около 0,0007 Бк/кг 210Ро, а у выкурившего 1 пачку сигарет в сутки – до 0,07 Бк/кг.

Содержание урана в организме невелико, на долю тория и его α-активных дочерних продуктов приходится до 40 % суммарной α-активности тела человека.

На накопление радиоактивности отдельными органами и тканями тела человека влияет:

• скорость обменных процессов в организме;

• функциональное состояние организма;

• содержание радиоизотопов в рационе питания, воде и вдыхаемом воздухе.

Поступление с рационом питания определенного количества радионуклидов должно уравновешивать выведение их из организма.

Нарушение равновесия между поступлением и выведением, т. е. увеличение радионуклидов в рационе, может проявляться патологией из-за избыточного облучения.

Строительные материалы. Материалы, применяемые в строительстве (кирпич, бетон, дерево, шлак), могут содержать радиоактивные вещества. В табл. 3 приводятся данные (НКДАР) об удельной активности некоторых радионуклидов в строительных материалах.

Таблица 3.

Удельная активность естественных радионуклидов некоторых строительных материалов

Определенный интерес представляют уровни γ-фона в жилых зданиях. Например, наименьший γ-фон в зданиях, построенных из дерева и известняка, – до 0,5 мЗв/г; в кирпичных и железобетонных зданиях – соответственно, до 1 и 1,7 мЗв/г.

Здания, с одной стороны, экранируют человека от внешних излучений, с другой – увеличивают дозы в зависимости от содержания естественных радионуклидов в строительных материалах. Годовая эффективная эквивалентная доза за счет внешнего облучения внутри помещений с учетом времени пребывания человека в помещениях составляет 2,9 10-9 Зв, а суммарная (вне и внутри помещения) годовая эффективная эквивалентная доза за счет внешнего облучения радионуклидами земного происхождения равна 3,5 • 10-4 Зв.

Промежуточный радиоизотоп в рядах урана и тория – радон. Значительную дозу облучения человек получает с вдыхаемым воздухом, находясь длительное время в непроветриваемых помещениях. Радон – газ, не имеющий вкуса и запаха, – один из промежуточных радиоизотопов в рядах урана (U) и тория (Th). Если распад урана и тория происходит не в монолитной, а в размельченной породе, он вытекает в атмосферу. Переносясь воздушными потоками, радон продолжает распадаться, образуя дочерние радиоизотопы.

Среди изотопов радона известны 222Rn с периодом полураспада 3,82 дня, 220Rn с периодом полураспада 54,5 с. Наиболее опасен для человека 222Rn, α-излучатель. При вдыхании с воздухом он вызывает внутреннее облучение легких. Таким образом, если радон нежестко связан с материнскими ядрами урана и тория, его можно рассматривать как самостоятельный источник радиоактивности.

Просачиваясь из грунта или материалов строительства дома, радон скапливается в закрытых непроветриваемых помещениях (подвалы, ванные комнаты, кухни и т. д.). Много радона содержится в таких строительных материалах, как пемза, гранит, шлак, сухая штукатурка, строительные блоки, изготовленные из фосфогипса, красный кирпич, полученный из отходов производства алюминия, доменные шлаки.

Концентрация радона на первом и цокольном этажах высокая, на верхних этажах – ниже. Эффективным средством уменьшения высоких концентраций радона, просачивающегося через пол, являются вентиляционные установки в подвалах. Выделение радона из стен уменьшается при покрытии их тремя слоями масляной краски или слоем обоев, облицовки их пластиковыми материалами.

В кухонные помещения радон проникает с природным газом. Его накопление можно уменьшить с помощью местной вытяжной вентиляции, проветривания кухни. Содержание его в природном газе уменьшается при переработке последнего на газонаполнительных станциях и в процессе хранения. Количество радона уменьшается в природном газе при увеличении пути от станции до потребителя.

Пресная минеральная вода нередко обогащена радоном. Вода частных и общественных колодцев может содержать от 740 Бк/м3 и достигать нередко 37·103 Бк/м3. Много радона в воде глубоких скважин и некоторых минеральных источниках, меньше – в воде рек и озер.

В незначительных дозах радон оказывает стимулирующее действие на организм, а в больших – угнетающее. При приготовлении пищи или кипяченой воды присутствующий радон в значительной степени улетучивается. Поступивший в организм радон сравнительно быстро выводится.

Значительную опасность для человека представляет попадание паров воды с высоким содержанием радона в легкие с вдыхаемым воздухом. Это чаще происходит в ванной комнате, а также при приеме радоновых ванн. Обследование домов в Финляндии показало, что концентрация радона в ванной комнате была в 40 раз выше, чем в жилых помещениях.

Выделяющийся радон из почвы, воды, строительных материалов рассеивается в воздухе. Дочерние продукты радона, как правило, в виде положительных ионов, присоединяются к составным элементам и аэрозольным частицам воздуха, которые осаждаются в дыхательных путях. Поэтому содержание радона в легких на 20–40 % выше, чем в других тканях.

Радиоизотоп радона 220Rn – торан (дочерний продукт тория) тоже существенно влияет на естественный фон Земли. Правда, его концентрация в природе незначительна по сравнению с концентрацией дочерних продуктов радона. При плохой естественной и искусственной вентиляции жилых и административных зданий, корпусов фабрик и заводов концентрация радона, торана и дочерних продуктов может увеличиваться до 740 Бк/м3. Безусловно, человек, находясь в таких помещениях, подвергается значительному облучению.

Зависимость уровня земной радиации от вида почв и климатических факторов. Почва – верхние слои земной коры, преобразованные под совокупным влиянием тепла, воды, воздуха, растительных и животных организмов, микроорганизмов и деятельности человека. Количество радиоактивных элементов, содержащихся в почвах, в значительной мере определяется концентрацией радиоактивных веществ в материнской породе, т. е. в гранитных породах гор. Почвы, возникшие из продуктов кислых магматических пород, содержат относительно большое количество урана, радия, тория, калия по сравнению с почвами, образованными из ультраосновных и основных пород. Глинистые почвы обычно богаче радиоактивными элементами, чем песчаные.

Радиоактивные газы, возникающие из дочерних продуктов урана, тория, поступают в атмосферный воздух. Скорость их поступления зависит от многих причин:

• от изменения барометрического давления (снижения);

• диффузии почвенных газов в сторону убывающей концентрации;

• нагревания земной поверхности, способствующего конвенции воздушных потоков;

• глубины промерзания почвы и толщины снегового покрова.

В приземном слое воздуха концентрация радиоактивных газов самая высокая. Скорость поступления радона и торана в атмосферный воздух зависит от состояния почвы, ее пористости, температуры, влажности. Снежный покров толщиной 0,5 м на 80 % экранирует земную радиацию. Повышение атмосферного давления уменьшает эмиссию газов из почвы. В летний период, при нагревании почвы выше атмосферного воздуха, выделение радона увеличивается в результате конвенции.

Его концентрация в воздухе континентальных мест равна примерно 2-Ю3 Бк/м3, в прибрежных районах и на островах – 20 Бк/м3, а над океанами и в арктических областях – 2 Бк/м3.

Концентрация зависит от скорости ветра и температуры.

В некоторых районах мира мощность дозы естественного радиационного фона значительно выше той, которую испытывает большинство населения планеты. Особенно увеличен уровень радиации, исходящей из почвы и гор, например в районах Памира и Тибета, где отмечается высокое содержание урана и тория в породах вулканического происхождения. Неподалеку от города Посус-ди-Калдас в Бразилии есть небольшая возвышенность, на которой уровень радиации в 800 раз превосходит средний (0,3 Зв/кг). Во Франции примерно 1/6 часть населения живет в районах, где скалы состоят из гранита и радиационный фон составляет 1,8–3,5 Зв/кг. В Индии около 100 тыс. людей получают дозу, равную 13 Зв/кг. Это самый высокий уровень естественного радиационного фона, которому подвержен человек.