ДЖЕРЕЛА ІОНІЗУЮЧОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ

 

Іонізуюче випромінювання – потік часток або квантів з енергією, достатньою, щоб при контакті з речовиною викликати іонізацію її атомів та молекул.

Іонізація – надбання або втрата одного чи декількох електронів нейтральним атомом або молекулою й утворенням іону.

Джерело іонізуючого випромінювання – об’єкт, що містить радіоактивний матеріал, або технічний пристрій, що вивільнює (здатний вивільнювати за певних умов) іонізуюче випромінювання.

Радіоактивне забруднення – наявність або поширення радіоактивних речовин вище за їх природний вміст на поверхнях, в об’ємах, в організмі людини та навколишньому середовищі.

 

Рівень радіації в різних куточках нашої планети складається з випромінювань від природних та штучних джерел.

 

Природні джерела радіації.

 

Радіація або іонізуючі випромінювання є природним явищем на Землі від самого початку її існування. Це – невід’ємна складова нашого середовища. Зараз природна радіація складає основну частину від сумарної дози опромінення, яку ми отримуємо.

Природний радіаційний фон – іонізуюче випромінювання, що складається з космічної радіації та іонізуючого випромінювання природних радіоактивних речовин, розподілених природнім чином на поверхні Землі, у приземному шарі атмосфери, воді, продуктах харчування, організмах тощо.

Тобто природна радіація складається з двох компонентів:

- космічного випромінювання (15% від природного фону);

- випромінювання від радіоактивних речовин у земній корі (85% від природного фону).

 

Космічне випромінювання.

Із самого початку існування Всесвіту його простір пронизують потоки найрізноманітніших випромінювань. Це в першу чергу електромагнітні хвилі (рентгенівські та γ-проміні), джерелом утворення яких є різні космічні об’єкти, на яких відбуваються процеси термоядерного синтезу (зірки, пульсари, квазари…). Контактуючи з розсіяною в космосі речовиною, ці випромінювання ініціюють процеси іонізації, радіоактивного розпаду, розпаду на елементарні частки, що дає початок потокам корпускулярного випромінювання. У космічному просторі існують потоки найрізноманітніших елементарних часток різної природи та походження. Потужність космічної радіації не можна навіть порівнювати із земним фоном.

У сонячній системі найбільш потужним джерелом іонізуючого випромінювання є сонце. Тому усю сукупність випромінювань, які надходять на верхню границю атмосфери, можна розділити на сонячну радіацію та випромінювання від інших джерел.

Космічне випромінювання за межами земної атмосфери називають первинним космічним випромінюванням. Його корпускулярну компоненту складають «важкі» частки – протони та α-частки. При взаємодії первинного випромінювання з ядрами атомів верхніх шарів атмосфери утворюється вторинне космічне випромінювання, в якому вже значно більшу долю складають фотони та «легкі» частки (β-частки). Потоки випромінювання, контактуючи з речовиною атмосфери, втрачають свою енергію на іонізацію атомів та молекул, здійснення ядерних реакцій та утворення радіоізотопів. На висоті від 50-80 до 400 км утворюється іонізований шар з високою електричною проводимістю, який називається іоносферою. Верхній шар іоносфери Через дію космічної радіації речовина атмосфери в цьому поясі (в першу чергу кисень та азот) находиться переважно в іонізованому стані.

Таким чином, енергії космічного випромінювання забагато разів достатньо, щоб загубити все живе. Але майже все воно поглинається і розсіюється у верхніх шарах атмосфери і до біосфери не доходить. Речовина атмосфери приймає весь удар на себе, являючись для нас захисним екраном. Останнім захисним шаром на шляху до біосфери виступає стратосфера. Саме через високу активність електромагнітного випромінювання кисень в стратосфері міститься у молекулярній формі не О₂, а О₃ – озону. Та в цьому шарі затримуються в основному ультрафіолетові проміні (теж згубні для організмів), а іонізуюча компонента електромагнітного спектру нейтралізується ще раніше.

Мізерна доля космічного випромінювання все ж таки досягає земної поверхні і вносить свою частку в сумарний радіаційний фон. Розподіляється вона в біосфері нерівномірно: Північний та Південний полюси отримують більше радіації чим екваторіальні області через роботу магнітного поля землі. Також доза опромінення підвищується з висотою. Мешканці високогір’їв отримують дозу радіації в декілька разів вище ніж ті, хто мешкає на рівні моря. А на висоті польотів цивільної авіації (12000 м) рівень опромінення збільшується у 25 разів.

 

Випромінювання від земних джерел.

У гірських породах серед різних хімічних елементів представлені і радіоактивні елементи та ізотопи. Серед них є такі, що існують тривалий час і були включені до складу земної кори ще з моменту зародження планети. Це такі ізотопи як U²³⁸ i Th²³² (та продукти ланцюга їх розпаду), а також K⁴⁰ i Rb⁸⁷.

В місцях, де близько до поверхні розташовані породи, багаті на ці ізотопи, мешканці можуть отримувати дозу опромінення на порядок вище, ніж середній рівень на планеті.

Високу кількість радіоактивних ізотопів містить вугілля, особливо зола та шлак після його згорання, та фосфатні добрива.

Але найбільшу дозу радіації ми отримуємо від одного радіоактивного елементу – радону. За звичайних умов це – газоподібна речовина, відноситься до родини інертних газів. Серед інертних газів радон відзначається найбільшою атомною масою та вагою.

Відомі 2 природні ізотопи радону:

- Rn²²⁰ – проміжний продукт розпаду Th²³²;

- Rn ²²² – проміжний продукт розпаду U²³⁸.

Обидва утворюються в літосфері або ґрунті. Але являючись летючою речовиною, поступово просочуються вгору та виходять на поверхню. Прискорюється цей процес через підземні води, джерела та свердловини. Вода з багатьох джерел містить підвищену концентрацію радону.

На відкритому повітрі радон розсіюється, але у приміщеннях, особливо закритих та непровітруваних, він інтенсивно накопичується. На нижніх поверхах та у підвалах його значно більше ніж на верхніх поверхах. Просочування радону в приміщення відбувається також через системи водопостачання: як показують дослідження, концентрація його в кухні у 3 рази вище, ніж в кімнатах, а у ванні навіть у 40 разів вище. При включенні води його концентрація стрімко збільшується.

Проблема посилюється ще й тому, що основні будівельні матеріали ми добуваємо з літосфери, тобто там, де радон утворюється! Високий вміст радону, і відповідно, підвищений радіаційний рівень характерний для таких матеріалів як граніт, глинозем, фосфогіпс, кальцій-силікатний шлак, пемза. Майже не міститься радон, що природно, у деревині. Це – найбільш радіаційно безпечний матеріал.

 

Штучні джерела радіації.

 

Відкриття людиною явища радіації наприкінці позаминулого століття та використання іонізуючого випромінювання в різних галузях для реалізації власних цілей призвели підвищення загального радіаційного фону на Землі та до суттєвого збільшення колективної ефективної дози опромінення, яку отримує людство.

Найбільшу радіаційну небезпеку становлять дві галузі:

1. атомна енергетика:

- атомні електростанції є потенційно небезпечними об’єктами, на яких можуть статися аварії та надзвичайні ситуації, що призведуть до ураження довкілля у непередбачених масштабах

- у процесі використання радіоактивного палива постійно утворюються радіоактивні відходи, яких з кожним роком стає все більше і проблема утилізації яких досі залишається невирішеною.

2. військово-промисловий комплекс (ядерна зброя):

- є джерелом загрози атомної війни;

- випробування ядерної зброї дають вагомий внесок у збільшення радіаційного фону та вміст радіонуклідів в біосфері.

Випробування ядерної зброї почали проводити з середини 40-х рр. ХХ століття. Перша атомна бомба з’явилася в США (1945 р.), через 4 роки СРСР подолав ядерну монополію та створив власну атомну бомбу. Зараз до «клубу» ядерних держав входять США, Росія, Китай, Великобританія, Франція, Індія, Пакистан. Про наявність власної ядерної зброї оголосила Північна Корея, близько до її створення підійшов Іран.

Перші ядерні випробування проводилися просто на відкритому повітрі (точніше, на наземних полігонах, в атмосфері та в океані). Найбільша їх кількість мала місце у періоди в 1954-1958 рр. та в 1961-1962 рр. Як наслідок, на 1963 р. сумарна колективна доза людства від ядерних випробувань досягла 7% дози від природних джерел. Це змусило головні ядерні держави того часу – СРСР і США – укласти в тому ж році Договір про обмеження випробувань ядерної зброї. У ньому заборонялося проводити ядерні випробування в атмосфері, під водою та у космосі. Єдиним можливим варіантом стали випробування на підземних полігонах. Останнє наземне ядерне випробування провів Китай на початку 80-х рр. ХХ століття.

Результатом стало поступове зниження рівня радіаційного забруднення, сумарна колективна доза людства знизилася до 2%, а згодом до 1% від природної дози опромінення (80-ті рр.)

Проте наслідки тих потужних та страшних випробувань 60-70-річної давнини відчуваються і досі. Особливо постраждали мешканці територій поблизу місць полігонів для випробувань (Семипалатинська область в Казахстані, о. Нова Земля в Росії, штат Невада в США, окремі атоли в Тихому океані тощо). Зараз серед їх нащадків спостерігається підвищений відсоток народження дітей з генетичними аномаліями.

 

Основні типи іонізуючих випромінювань на Землі

(за походженням, потужністю, поширеністю, характером дії тощо)

 

Джерело	Тип випромі-нювання	Тривалість та характер опромінення	Доза для зовнішнього середовища	Вогонь (вибух)	Загальна територія, що підлягає впливу	Прямі ефекти	Включення ізотопів у міграцію
1	2	3	4	5	6	7	8
Природна (фонова) радіація	α, β, γ	декілька мільярдів років	0,1-0,5 рентген/рік	–	вся Земля	–	+
Медичне та професіональне опромінення	У зовнішнє середовище як правило не потрапляють
Атомні реактори у звичайному режимі роботи	γ, n	переривчастий	≈ фоновій	–	декілька гектарів	–	незначне
Викиди від атомних реакторів	α, β, γ	безперервний	більше за фонову	–	сотні кв. км	–	+
Скиди відходів від атомних реакторів	α, β, γ	безперервний	трохи більше за фонову	–	сотні гектарів	–	можливе
Аварії на атомних реакторах	α, β, γ	гострий	до тисяч рентген/годину	+	до сотень кв. км	+	можливе
Ядерні випробування (безпосередня дія)	α, β, γ	гострий	до мільйонів рентген/годину	+	сотні кв. км	+	–
Радіоактивні опади після ядерних випробувань	α, β, γ	хронічний, до тисяч років	перевищує фонову в декілька разів	–	вся Земля	–	+
Ядерна війна (безпосередня дія)	α, β, γ	гострий	до 108 – 109 рентген/годину	+	тисячі кв. км	+	–
Радіоактивні опади в ході та після ядерної війни	α, β, γ	хронічний, до тисяч років	до декількох рентген/годину	–	вся Земля	+	+