6. Основи радіоекології.

Особливу загрозу для здоров’я людей та існування природних біоценозів становить забруднення біосфери радіоактивними речовинами, які небезпечні своїм іонізуючим випромінюванням

Іонізуюче випромінювання буває природного і штучного походження. До природних джерел іонізуючого випромінювання належать: космос, гірські породи та вулканічна діяльність.

Основними джерелами радіоактивного забруднення біосфери є джерела антропогенного походження: випробування ядерної зброї, аварії на атомних електростанціях, підводних човнах, виробництво радіоактивних матеріалів тощо.

Розрізняють кілька видів іонізуючого випромінювання:

• α (альфа) – випромінювання – потік позитивно заряджених ядер гелію;

• β (бета) – випромінювання – потік негативно заряджених швидких електронів;

• γ (гама) – випромінювання – короткохвильове випромінювання електромагнітної природи.

Альфа – випромінювання проникає на відстань кількох сантиметрів у повітрі й кількох міліметрів – у тканинах, гамма - випромінювання - на сотні метрів.

Біологічна дія радіоактивного випромінювання полягає в ушкодженні, іонізації або збудженні молекул (у тому числі і ДНК), загибелі клітин, виникненні мутацій тощо. У межах можливого клітини намагаються відремонтувати пошкодження – здійснюється репарація - біоремонт ДНК.

Найбільш страждають ті клітини, що швидко й часто поділяються: клітини ембріонів, червоного кісткового мозку, лімфатичних тканин, статевих залоз тощо. Найбільшу опірність виявляють ті клітини, що взагалі не поділяються або діляться дуже рідко: великі нервові клітини, кістки, хрящі.

Якщо іонізуюче випромінювання діє безперервно з малою інтенсивністю (природний фон), то клітини встигають ліквідувати пошкодження. Якщо рівень пошкодження перевищує репараційні можливості клітин, розвивається стадія біологічного ушкодження, яка для конкретного організму закінчується прискореною смертю, для виду – триває далі, бо нащадкам передаються “ушкоджені” гени.

Найголовнішою характеристикою джерела іонізуючого проміння є його активність, що визначається відношенням числа розпадів dN до часу dt:

А=dN/dt

Одиницею активності у міжнародній системі одиниць є беккерель (Бк). При активності 1 Бк відбувається 1 розпад щосекунди, 1 кБк – тисячу, 1 МБк – мільйон.

Застаріла одиниця – кюрі (Кі). Активність 1 Кі має 1 г радію, в якому щосекунди відбувається 37 млрд розпадів ядер з виділенням значної енергії.

Кі=37 млрд Бк

Основи дозиметрії.

Кінцевий результат поглинання організмом іонізуючого випромінювання залежить від багатьох чинників, але насамперед -– від кількості енергії, що виділилася в ньому.

Тому первинним дозиметричним поняттям є “поглинута доза” Д (або просто - доза):

• поглинута доза – відношення всієї поглинутої енергії Е до маси речовини m, в якій вона призвела до іонізації та радіолізу (радіаційного розкладу) молекул:

Д=Е/m

Одиниця поглинутої дози - Грей (Гр).

Поглинута доза в 1 Гр означає, що в кожному кілограмі тіла іонізуючі агенти виділяють енергію 1 Дж (Дж/кг=1 Гр).

• еквівалентна доза – враховує неоднакову “ефективність” різних іонізуючих агентів, наприклад, поглинутий 1 Дж енергії α-частинок в 10 разів шкідливіший аналогічної енергії β-частинок чи γ-променів. Її позначають Н і вимірюють у зівертах та берах.

1 Зв=100бер=10⁴ерг/г=1Гр=10²рад.

Найчастіше використовується бер (біологічний еквівалент - рада).

Першою одиницею дозиметрії був рентген. Співвідношення між рентгеном і бером в приближення таке: 1Р=0,877 бер.

Для оцінки токсичності дози вживають поняття середньої смертельної дози: ЛД50 – летальна доза, коли гине не менш 50% організмів, що зазнали радіоактивного опромінення.

Так внаслідок одноразової дії γ-випромінювання Лд50 для вірусів і бактерій становить 4500-7000 Гр, рослин – 10-1500, голубів – 25-30, собак – 2,5-10, людини – 3-5Гр. Дози до 1 Гр підвищують ризик виникнення онкологічних захворювань та прояву генетичних дефектів, великі дози спричинюють променеву хворобу.

Люди і всі живі організми біосфери опромінюються переважно природними джерелами – галактичним і сонячним опромінюванням. Для кожного мешканця землі середня річна еквівалентна доза становить 2мЗв (мілізіверти). Мешканці України, за даними Міністерства охорони здоров’я, отримують дозу опромінення 1,46 мЗв. Ця доза залежить від розташування житла над рівнем моря, наявності поблизу радіоактивних джерел та планувально-архітектурних особливостей міст.

Рівень гамма фону в дерев’яних будівлях складає до 50 мрад/рік, у цегляних - до 100 мрад/рік, у залізобетонних - до 170 мрад/рік.

Побутового опромінення в приміщеннях людина зазнає також від газу радону, що є α-випромінювачем. Менше радону міститься у деревині і бетоні, більше в граніті, шлаку, сухій штукатурці, блоках фосфогіпсу, червоній цеглі тощо. В повітрі концентрація радону 1-20 Бк/м³, в приміщеннях 20-69 Бк/м³, допустимий рівень становить 200 Бк/м³.

Під час паління тютюну в приміщення потрапляють радіонукліди торію, радію, урану, плюмбуму, плутонію.

Надзвичайно великим джерелом радіоактивного забруднення є випробування ядерної зброї. Радіоактивні частинки можуть викидатися на висоту до 30 км. Під час вибухів ядерних бомб і великих аварій на атомних електростанціях радіаційне забруднення поширюється по всій планеті й може випадати з осадами на землю впродовж багатьох років. Внаслідок аварії на Чорнобильській АЕС, яку вважають найбільшою техногенною катастрофою в історії людства, відбулося забруднення атмосфери над усією планетою. Багато радіонуклідів потрапили в організм людини через органи дихання та шкіру, але найбільше їх потрапило з іжею. Усього в атмосферу надійшло 77 кг радіоактивних речовин, в яких міститься близько 450 видів радіонуклідів. Серед них багато довгоіснуючих, таких як цезій – 137 (період напіврозпаду – 80 тис. років) і стронцій – 90 (період напіврозпаду - 20 тис. років).

Відбулося також забруднення поверхневих джерел водопостачання м. Києва. Спочатку основна маса радіоактивного забруднення осіла в намулах Київського водосховища, а зараз йде неухильне просування радіоактивного бруду в донних відкладах на південь, по каскаду Дніпровських водосховищ. Це викликає загрозу погіршення радіаційного стану в Черкасах, Дніпропетровську, Запоріжжі.

Дуже небезпечним для довкілля щодо радіоактивного забруднення є також відходи атомної енергетики. Тому організація ефективного захоронення відходів атомних електростанцій є однією з найважливіших проблем сучасності.

Питання для самоконтролю

1. Які існують іонізуючі випромінювачі природного та штучного походження?

2. Які основні види іонізуючого випромінювання розрізняють?

3. У чому полягає біологічна дія радіоактивного випромінювання?

4. Які клітини організму найбільше страждають від іонізуючого опромінення?

5. Яке іонізуюче випромінювання більш шкідливе для організму: що діє безперервно з малою інтенсивністю чи нетривале високої інтенсивності?

6. Що таке “поглинута доза” та в чому її вимірюють?

7. Яке поняття вживають для оцінки токсичності дози?

8. Що таке репарація біомолекул?

9. Чим пояснюється менше значення радіаційного фону у будинках з дерева ніж у кам’яних?

10. Як впливає паління на радіаційний фон у приміщеннях?

11. Як впливають на стан навколишнього природного середовища випробування ядерної зброї?

12. Чому розвиток ядерної енергетики є дуже небезпечним для біосфери?

Література:

1. Л1 стор. 174-178, 304-307

2. Л2 стор. 85, 104

3. Л3 стор. 306-309