В настоящее время основной вклад в дозу, получаемую человеком от техногенных источников радиации, вносят медицин­ские процедуры и методы лечения, связан­ные с применением радиоактивности. Во многих странах этот источник ответствен практически за всю дозу, получаемую от техногенных источников радиации.

Радиация используется в медицине как в диагностических целях, так и для лечения. Одним из самых распространен­ных медицинских приборов является рентгеновский аппарат. Получают все более широкое распространение и новые сложные диагностические методы, опира­ющиеся на использование радиоизотопов.

Ядерные взрывы

За последние 40 лет каждый из нас подвергался облучению от радиоактивных осадков, которые образовались в резуль­тате ядерных взрывов. Речь идет не о тех радиоактивных осадках, которые выпали после бомбардировки Хиросимы и На­гасаки в 1945 году, а об осадках, связан­ных с испытанием ядерного оружия в атмосфере.

Максимум этих испытаний приходится на два периода: первый на 1954-1958 годы, когда взрывы проводили Велико­британия, США и СССР, и второй, более значительный, на 1961-1962 годы, когда их проводили в основном Соединенные Штаты и Советский Союз. Во время первого периода большую часть испыта­ний провели США, во время второго-СССР.

Эти страны в 1963 году подписали Договор об ограничении испытаний ядер­ного оружия, обязывающий не испыты­вать его в атмосфере, под водой и в космосе. С тех пор лишь Франция и Китай провели серию ядерных взрывов в атмосфере, причем мощность взрывов была существенно меньше, а сами ис­пытания проводились реже (последнее из них в 1980 году). Подземные испытания проводятся до сих пор, но они обычно не сопровождаются образованием радиоак­тивных осадков.

Часть радиоактивного материала вы­падает неподалеку от места испытания, какая-то часть задерживается в тропо­сфере (самом нижнем слое атмосферы), подхватывается ветром и перемещается на большие расстояния, оставаясь при­мерно на одной и той же широте. Находясь в воздухе в среднем около месяца (рис. 4.8), радиоактивные вещества во время этих перемещений постепенно выпадают на землю. Однако большая часть радиоактивного материала выбра­сывается в стратосферу (следующий слой атмосферы, лежащий на высоте 10-50 км), где он остается многие месяцы, медленно опускаясь и рассеиваясь по всей поверхности земного шара.

Радиоактивные осадки содержат не­сколько сотен различных радионуклидов, однако большинство из них имеет ни­чтожную концентрацию или быстро рас­падается; основной вклад в облучение человека дает лишь небольшое число радионуклидов. Вклад в ожидаемую коллективную эффективную эквивалент­ную дозу облучения населения от ядерных взрывов, превышающий 1 %, дают только четыре радионуклида. Это углерод-14, цезий-137, цирконий-95 и стронций-90.

Дозы облучения за счет этих и других радионуклидов различаются в разные периоды времени после взрыва, поскольку они распадаются с различной скоростью. Так, цирконий-95, период полураспада которого составляет 64 суток, уже не является источником облучения. Цезий-137 и стронций-90 имеют периоды полу­распада ~ 30 лет, поэтому они будут давать вклад в облучение приблизительно до конца этого века. И только углерод-14, у которого период полураспада равен 5730 годам, будет оставаться источником радиоактивного излучения (хотя и с низкой мощностью дозы) даже в отдален­ном будущем: в 2000 году он потеряет лишь 7% своей активности.

Годовые дозы облучения четко корре­лируют с испытаниями ядерного оружия в атмосфере: их максимум приходится на те же периоды (рис. 4.9, 4.10 и 4.11). В 1963 году коллективная среднегодовая доза, связанная с ядерными испытаниями, составила около 7% дозы облучения от естественных источников; в 1966 году она уменьшилась до 2%, а в начале 80-х-до 1 %. Если испытания в атмосфере больше проводиться не будут, то годовые дозы облучения будут становиться все меньше и меньше.

Все приведенные цифры, конечно, являются средними. На Северное полуша­рие, где проводилось большинство ис­пытаний, выпала и большая часть радио­активных осадков. Пастухи на Крайнем Севере получают дозы облучения от цезия-137, в 100-1000 раз превышающие среднюю индивидуальную дозу для ос­тальной части населения (впрочем, они получают большие дозы и от естественных источников - цезий накапливается в ягеле и по цепи питания попадает в организм человека). К несчастью, те люди, которые находились недалеко от испытательных полигонов, получили в результате значи­тельные дозы; речь идет о части населения Маршалловых островов и команде япон­ского рыболовного судна, случайно проходившего неподалеку от места взрыва.

Суммарная ожидаемая коллективная эффективная эквивалентная доза от всех ядерных взрывов в атмосфере, произве­денных к настоящему времени, составляет 30000000 чел-Зв. К 1980 году человечест­во получило лишь 12% этой дозы,

остальную часть оно будет получать еще миллионы лет.

Атомная энергетика

Источником облучения, вокруг которого ведутся наиболее интенсивные споры, являются атомные электростанции, хотя в настоящее время они вносят весьма незначительный вклад в суммарное об­лучение населения. При нормальной работе ядерных установок выбросы ра­диоактивных материалов в окружающую среду очень невелики.

К концу 1984 года в 26 странах работало 345 ядерных реакторов, выра­батывающих электроэнергию. Их мощ­ность составляла 13% суммарной мощ­ности всех источников электроэнергии и была равна 220 ГВт (рис. 4.12). До сих пор каждые ~ 5 лет эта мощность удваива­лась, однако, сохранится ли такой темп роста в будущем, неясно. Оценки пред­полагаемой суммарной мощности атом­ных электростанций на конец века имеют постоянную тенденцию к снижению. Причины тому - экономический спад, реализация мер по экономии электро­энергии, а также противодействие со стороны общественности. Согласно по­следней оценке МАГАТЭ (1983г.), в 2000 году мощность атомных электростанций будет составлять 720-950 ГВт.

Атомные электростанции являются лишь частью ядерного топливного цикла, который начинается с добычи и обогаще­ния урановой руды. Следующий этап-производство ядерного топлива. Отрабо­танное в АЭС ядерное топливо иногда подвергают вторичной обработке, чтобы извлечь из него уран и плутоний. Заканчи­вается цикл, как правило, захоронением радиоактивных отходов.

На каждой стадии ядерного топлив­ного цикла в окружающую среду по­падают радиоактивные вещества. НКДАР оценил дозы, которые получает население на различных стадиях цикла за короткие промежутки времени и за многие сотни лет. Заметим, что проведение таких оценок очень сложное и трудоемкое мы по атомной энергетике. Однако полученные оценки, конечно же, нельзя безоговорочно применять к какой-либо конкретной установке. Ими следует поль­зоваться крайне осторожно, поскольку они зависят от многих специально огово­ренных в докладе НКДАР допущений.

Примерно половина всей урановой руды добывается открытым способом, а половина - шахтным. Добытую руду ве­зут на обогатительную фабрику, обычно расположенную неподалеку. И рудники, и обогатительные фабрики служат источ­ником загрязнения окружающей среды радиоактивными веществами. Если рас­сматривать лишь непродолжительные периоды времени, то можно считать, что почти все загрязнение связано с местами добычи урановой руды. Обогатительные же фабрики создают проблему долговременного загрязнения: в процессе пере­работки руды образуется огромное коли­чество отходов—«хвостов». Вблизи дейст­вующих обогатительных фабрик (в основ­ном в Северной Америке) уже скопилось 120 млн. т отходов, и если положение не изменится, к концу века эта величина возрастет до 500 млн. т.

Эти отходы будут оставаться радио­активными в течение миллионов лет, когда фабрика давно перестанет сущест­вовать. Таким образом, отходы являются главным долгоживущим источником об­лучения населения, связанным с атомной энергетикой. Однако их вклад в облучение можно значительно уменьшить, если отвалы заасфальтировать или покрыть их поливинилхлоридом. Конечно, покрытия необходимо будет регулярно менять.

Урановый концентрат, поступающий с обогатительной фабрики, подвергается дальнейшей переработке и очистке и на специальных заводах превращается в ядерное топливо. В результате такой переработки образуются газообразные и жидкие радиоактивные отходы, однако дозы облучения от них намного меньше, чем на других стадиях ядерного топлив­ного цикла.

Теперь ядерное топливо готово к использованию в ядерном реакторе. Су­ществует пять основных типов энергети­ческих реакторов: водо-водяные реакторы с водой под давлением (Pressurised Water Reactor, PWR), водо-водяные кипящие реакторы (Boiling Water Reactor, BWR), разработанные в США и наиболее распро­страненные в настоящее время; реакторы с газовым охлаждением, разработанные и применяющиеся в Великобритании и Франции; реакторы с тяжелой водой, широко распространенные в Канаде; водо-графитовые канальные реакторы, которые эксплуатируются только в СССР. Кроме реакторов этих пяти типов в Европе и СССР имеются также четыре реактора-размножителя на быстрых ней­тронах, которые представляют собой ядерные реакторы следующего поколе­ния.

Величина радиоактивных выбросов у разных реакторов колеблется в широких пределах: не только от одного типа реактора к другому и не только для разных конструкций реактора одного и того же типа, но также и для двух разных реакторов одной конструкции. Выбросы могут существенно различаться даже для одного и того же реактора в разные годы, потому что различаются объемы текущих ремонтных работ, во время которых и происходит большая часть выбросов.

В последнее время наблюдается тен­денция к уменьшению количества выбро­сов из ядерных реакторов, несмотря на увеличение мощности АЭС. Частично это связано с техническими усовершенствова­ниями, частично - с введением более стро­гих мер по радиационной защите.

В мировом масштабе примерно 10% использованного на АЭС ядерного топ­лива направляется на переработку для извлечения урана и плутония с целью повторного их использования. Сейчас имеются лишь три завода, где занимают­ся такой переработкой в промышленном масштабе: в Маркуле и Ла-Аге (Франция) и в Уиндскейле (Великобритания). Самым «чистым» является завод в Маркуле, на котором осуществляется особенно стро­гий контроль, поскольку его стоки по­падают в реку Рону. Отходы двух других заводов попадают в море, причем завод в Уиндскейле является гораздо большим источником загрязнения, хотя основная часть радиоактивных материалов попада­ет в окружающую среду не при переработ­ке, а в результате коррозии емкостей, в которых ядерное топливо хранится до переработки.

За период с 1975 по 1979 год на каждый гигаватт-год выработанной энер­гии уровень загрязнений от завода в Уиндскейле по b-активности примерно в 3,5 раза, а по a-активности в 75 раз превышал уровень загрязнений от завода в Ла-Аге.

С тех пор ситуация на заводе в Уиндскейле значительно улучшилась, однако в пересчете на единицу пере­работанного ядерного горючего это пред­приятие по-прежнему остается более «грязным», чем завод в Ла-Аге. Можно надеяться, что в будущем утечки на перерабатывающих предприятиях будут ниже, чем сейчас. Существуют проекты установок с очень низким уровнем утечки в воду, и НКДАР взял в качестве модельной установку, строительство ко­торой планируется в Уиндскейле.

Проблемы, связанные с последней стадией ядерного топливного цикла - захороне­нием высокоактивных отходов АЭС. Эти проблемы находятся в ведении прави­тельств соответствующих стран. В неко­торых странах ведутся исследования по отверждению отходов с целью последую­щего их захоронения в геологически стабильных районах на суше, на дне океана или в расположенных под ними пластах. Предполагается, что захоронен­ные таким образом радиоактивные отхо­ды не будут источником облучения насе­ления в обозримом будущем. НКДАР не оценивал ожидаемых доз облучения от таких отходов, однако в материалах по программе «Международная оценка ядер­ного топливного цикла» за 1979 год сделана попытка предсказать судьбу радиоактивных материалов, захоронен­ных под землей. Оценки показали, что заметное количество радиоактивных ве­ществ достигнет биосферы лишь спустя 10⁵-10⁶ лет.

По данным НКДАР, весь ядерный топливный цикл дает ожидаемую кол­лективную эффективную эквивалентную дозу облучения за счет короткоживущих изотопов около 5,5 чел-Зв на каждый гигаватт-год вырабатываемой на АЭС электроэнергии. Из них процесс добычи руды дает вклад 0,5 чел-Зв, ее обогащение-0.04 чел-Зв, производство ядерного топлива-0,002 чел-Зв, эксплу­атация ядерных реакторов - около 4 чел-Зв (наибольший вклад) и, наконец, про­цессы, связанные с. регенерацией топлива, -1 чел-Зв. Как уже отмечалось, данные по регенерации получены из оценок ожидаемых утечек на заводах, которые предполагается построить в будущем. На самом же деле для современных установок эти цифры в 10-20 раз выше, но эти установки перерабаты­вают лишь 10% отработанного ядерного топлива, таким образом, приведенная выше оценка остается справедливой.

90% всей дозы облучения, обусловлен­ной короткоживущими изотопами, насе­ление получает в течение года после выброса, 98%-в течение 5 лет. Почти вся доза приходится на людей, живущих не далее нескольких тысяч километров от АЭС.

Ядерный топливный цикл сопровож­дается также образованием большого количества долгоживущих радионукли­дов, которые распространяются по всему земному шару. НКДАР оценивает кол­лективную эффективную ожидаемую эк­вивалентную дозу облучения такими изотопами в 670 чел-Зв на каждый гигаватт-год вырабатываемой электро­энергии, из которых на первые 500 лет после выброса приходится менее 3%.

Таким образом, от долгоживущих радионуклидов все население Земли получает примерно такую же средне­годовую дозу облучения, как и население, живущее вблизи АЭС, от короткоживу­щих радионуклидов, при этом долго-живущие изотопы оказывают свое воз­действие в течение гораздо более длитель­ного времени-90% всей дозы население получит за время от тысячи до сотен миллионов лет после выброса. Следова­тельно, люди, живущие вблизи АЭС, даже при нормальной работе реактора по­лучают всю дозу сполна от короткоживущих изотопов и малую часть дозы от долгоживущих.

Эти цифры не учитывают вклад в облучение от радиоактивных отходов, образующихся в результате переработки руды, и от отработанного топлива. Есть основания полагать, что в ближайшие несколько тысяч лет вклад радиоактив­ных захоронений в общую дозу облучения будет оставаться пренебрежимо малым, 0,1-1% от ожидаемой коллективной дозы для всего населения. Однако радиоактив­ные отвалы обогатительных фабрик, если их не изолировать соответствующим образом, без сомнения, создадут серьез­ные проблемы. Если учесть эти два дополнительных источника облучения, то для населения Земли ожидаемая кол­лективная эффективная эквивалентная доза облучения за счет долгоживущих радионуклидов составит около 4000 чел-Зв на каждый гигаватт-год вырабатывае­мой энергии. Все подобные оценки, однако, неизбежно оказываются ориенти­ровочными, поскольку трудно судить не только о будущей технологии переработ­ки отходов, численности населения и местах его проживания, но и о дозе, которая будет иметь место через 10000 лет. Поэтому НКДАР советует не слиш­ком полагаться на эти оценки при приня­тии каких-либо решений.

Годовая коллективная эффективная доза облучения от всего ядерного цикла в 1980 году составляла около 500 чел-Зв. Ожидается, что к 2000 году она возрастет до 10000 чел-Зв, а к 2100 году-до 200000 чел-Зв. Эти оценки основаны на пес­симистическом предположении, что ны­нешний уровень выбросов сохранится и не будут введены существенные технические усовершенствования. Но даже и в этом случае средние дозы будут малы по сравнению с дозами, получаемыми от естественных источников, в 2100 году они составят лишь 1% от естественного фона.

Люди, проживающие вблизи ядерных реакторов, без сомнения, получают гораз­до большие дозы, чем население в сред­нем. Тем не менее в настоящее время эти дозы обычно не превышают нескольких процентов естественного радиационного фона. Более того, даже доза, полученная людьми, живущими около завода в Уиндскейле, в результате выброса це­зия-137 в 1979 году была, по-видимому, меньше ¹/₄ дозы, полученной ими от естественных источников за тот же год.

Все приведенные выше цифры, конеч­но, получены в предположении, что ядерные реакторы работают нормально. Однако количество радиоактивных ве­ществ, поступивших в окружающую среду при авариях, может оказаться гораздо больше. В одном из последних докла­дов НКДАР была сделана попытка оценить дозы, полученные в результате аварии в Тримайл-Айленде в 1979 году и в Уиндскейле в 1957 году. Оказалось, что выбросы при аварии на АЭС в Тримайл-Айленде были незначительными, однако, согласно оценкам, в результате аварии в Уиндскейле ожидаемая коллективная эффективная эквивалентная доза состави­ла 1300 чел-Зв. Комитет, однако, считает, что нельзя прогнозировать уровень ава­рийных выбросов на основании анализа последствий этих двух аварий.

Профессиональное облучение

Самые большие дозы облучения, источ­ником которого являются объекты атом­ной промышленности, получают люди, которые на них работают. Профес­сиональные дозы почти повсеместно являются самыми большими из всех видов доз.

Попытки оценить профессиональные дозы осложняются двумя обстоятельства­ми; значительным разнообразием усло­вий работы и отсутствием необходимой информации. Дозы, которые получает персонал, обслуживающий ядерные реак­торы, равно как и виды излучения, сильно варьируют, а дозиметрические приборы редко дают точную информацию о значе­ниях доз; они предназначены лишь для контроля за тем, чтобы облучение пер­сонала не превышало допустимого уровня.

Оценки показывают, что доза, которую получают рабочие урановых рудников и обогатительных фабрик, составляет в среднем 1 чел-Зв на каждый гигаватт-год электроэнергии. Примерно 90% этой дозы приходится на долю рудников, причем персонал, работаю; в шахтах, подвергается большему облучению. Коллективная эквивалентная от заводов, на которых получают ядерное топливо, также составляет 1 чел-Зв г гигаватт-год.

НОРМЫ РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

При работе с радиоактивными веществами в открытом виде возможно загрязнение рук, одежды, оборудования, воздуха, поэтому обязателен радиационный контроль. Цель его - следить за соблюдением норм радиационной безопасности в отделениях и комнатах лучевой терапии и диагностики, а также за облучением лиц, профессионально связанных с работой в сфере действия ионизирующих излучений. Национальной комиссией радиационной зашиты /ПКРЗ/ еще при Минздраве СССР были установлены нормы радиационной безопасности /нормы РБ/.

Нормы РБ предусматривают соблюдение следующих принципов:

1\ не превышение установленного дозового предела;

2\ исключение всякого необоснованного излучения;

3\ снижение дозы излучения до возможно низкого уровня.

С целью ограничения облучения и дозиметрического контроля за ним введены понятия: предельно допустимая доза, предел дозы, категория облучаемых лиц и группа критических органов.

Установлены следующие категории облучаемых лиц: категория А-персонал, непосредственно работающий с источниками ионизирующих излучений; категория Б - ограниченная часть населения; лица, которые непосредственно не работают с источниками излучений, но по условиям расположения рабочих мест, либо проживания могут быть подвержены облучению; категория В - населения в целом.

Предельно допустимая доза /ПДД/ - наибольшее значение индивидуальной дозы за год, которая при равномерном воздействии в течение 50 лет не вызывает у человека каких-либо неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами исследования. По мере расширения наших знаний величина предельно допустимой дозы может уточняться. ПДД является основным дозовым пределом для категории А.

Предел дозы /ПД/ - предельная доза за год, устанавливаемая для предотвращения необоснованного облучения ограниченной части населения, но связанной с источниками ионизирующих излучений профессиональной деятельностью. Эта доза обычно в несколько раз меньше ПДД. Она является основным дозовым пределом для лиц категории Б.

ПДД и ПД устанавливаются с учетом категории облучаемых лиц и современных представлений о радиочувствнтельности критических органов.

Критический орган - орган, ткань и все село, облучение которого в конкретных условиях может причинить наибольший ущерб данному лицу или его потомству. В зависимости от радиочувствительности различают три группы критических органов:

1 группа - все тело , половые органы и красный костный мозг;

2 группа - мышцы, щитовидная железа, жировая ткань, печень, почки, селезенка, пищеварительный тракт, легкие, хрусталик глаза и другие органы, за исключением тех, которые относятся к 1 и 3 группам;

3 группа - кожный покров, костная ткань, кисти, предплечья, лодыжки и стопы. Данные с ПДД и ПД для различных категорий облучаемых лиц и групп критических органов в таблице.

Для лиц, длительно работающих с источниками ионизирующих излучений (персонал отделений лучевой терапии и рентгентерапевтических кабинетов), суммарные эквивалентные дозы, за все годы профессиональной деятельности, не должны превышать для женщин 37,5 бэр и мужчин 50 бэр.

В целях радиационной безопасности осуществляется дозиметрический контроль.