Глава 4. Основы радиационной экологии

4.2.3. Искусственные источники ионизирующих излучений

За последние десятилетия человек создал несколько сотен искусственных радионуклидов и научился использовать энергию атома в самых разных целях: в медицине и для создания ядерного оружия, производства электроэнергии и обнаружения пожаров, изготовления светящихся циферблатов часов, приборов ночного видения и поиска полезных ископаемых. К сожалению, все это приводит к увеличению дозы облучения как отдельных людей, так и населения Земли в целом.

Индивидуальные дозы, получаемые разными людьми от искусственных ИИИ, сильно различаются. В большинстве случаев эти дозы весьма невелики, но иногда облучение за счет техногенных ИИИ оказывается во много сильнее, чем за счет естественной радиации.

Как правило, для искусственных источников радиации вариабельность получаемых людьми доз выражена гораздо больше, чем для естественных. Кроме того, порождаемое ими излучение обычно легче контролировать, хотя облучение, связанное с радиоактивными осадками от ядерных взрывов, почти так же невозможно контролировать, как и облучение, обусловленное космическими лучами или земными источниками.

Источники ионизирующих излучений, использующиеся в медицине

Основной вклад в дозу, получаемую человеком от техногенных источников радиации, в настоящее время вносят медицинские процедуры и методы лечения, связанные с применением ионизирующих излучений. Коллективная эквивалентная доза в год для всего населения Земли оценивается в этом случае величиной 1,6 млн Зв/человек, или около ¹/₅ дозы от естественного фона. Подробные сведения представлены в гл. 9 (ч. III) учебного пособия.

Ядерные взрывы

Значительно меньше по сравнению с влиянием естественного фона и доза, получаемая от радиоактивных выпадений в результате испытаний ядерного оружия. Максимум этих испытаний пришелся на период с 1954 по 1958 г., когда взрывы проводили США, СССР и Великобритания. Еще более мощные испытания, в которых участвовали и другие страны (но наиболее сильно США и СССР), проводили в 1961–1962 гг. Всего за период с 1945 по 1998 г. было проведено 2056 ядерных взрывов (табл. 15).

Таблица 15. Общее количество ядерных взрывов на территории земного шара

В частности, на территории США было проведено 1030 ядерных взрывов, в том числе в Неваде – 935, Нью-Мексико – 3, Миссисипи – 2, Колорадо – 2 и на Аляске – 3. В России ядерные взрывы прогремели 214 раз (в том числе на Новой Земле – 132), Казахстане – 496, Украине – 2, Узбекистане – 2 и Туркменистане – 1 раз. На полигоне Лобнор в провинции Синьцзян Китай произвел 45 ядерных взрывов, Индия на площадке Покхаране – 6, а Пакистан в горном районе Чагаи в провинции Белуджистан – 5 взрывов, в последние годы 3 ядерных взрыва осуществила Северная Корея. Кроме того, ядерные взрывы проводились на атоллах Муруроа (175) и Эниветок (43), на островах Рождества (30), Бикини (23), Джонстон (12), Фангатофа (12) и Молден (3). Ядерные испытания проводились на территории Алжира (17) и Австралии (12), а также в Тихом океане (4) и Южной Атлантике (3).

Высокодисперсные фракции продуктов ядерных взрывов поднимаются в верхние слои атмосферы и годами и даже десятилетиями циркулируют там, распространяясь вначале над своим полушарием, а затем и над всей территорией земного шара, и лишь постепенно выпадают на поверхность Земли. В течение 10 лет, когда испытания проводились наиболее интенсивно, население Земли получило за счет глобальных выпадений дополнительно 2 мЗв (1 годовая доза от естественного фона).

Атомная энергетика

Другим техногенным источником радиационного фона является атомная энергетика, которая включает добычу и обогащение урановой руды, производство ядерного топлива, эксплуатацию ядерных энергетических установок, регенерацию отработанного ядерного топлива, захоронение и хранение радиоактивных отходов. И на всех этих стадиях в окружающую среду поступают радионуклиды. Однако в целом ядерная энергетика в условиях нормальной эксплуатации оказывает на человека весьма слабое радиационное воздействие, приблизительно 0,05 % от дозы, создаваемой естественным фоном.

Следует подчеркнуть, что если сравнить систематические выбросы радиоактивных продуктов атомными и тепловыми электростанциями на мегаватт выработанной электроэнергии, то доза облучения населения в результате этих выбросов оказывается во втором случае всего в 3 раза ниже. Экологические последствия выбросов сажи, смол, СО, СО₂, окислов серы, азота, других токсических веществ, содержащихся в продуктах, поступающих в атмосферу при работе тепловых электростанций и практически не образующихся при работе атомных, несравненно тяжелее. В расчете на единицу выработанной электроэнергии ущерб здоровью только от канцерогенных (наиболее значимых при воздействии малых доз радиации) эффектов в результате эксплуатации АЭС оказывается по самым жестким оценкам в 100 раз меньше, чем при работе электростанций на угле.

Профессиональное облучение

Самые большие дозы облучения от всех техногенных источников радиации получают люди, работающие на объектах атомной энергетики. Профессиональные дозы почти повсеместно являются самыми большими из всех видов доз.

Оценки показывают, что доза, которую получают рабочие урановых рудников и обогатительных фабрик, составляет в среднем 1 Зв/человек на каждый ГВт/год электроэнергии. Примерно 90 % этой дозы приходится на долю рудников, причем персонал, работающий в шахтах, подвергается большему облучению. Коллективная эффективная доза от заводов, на которых получают ядерное топливо, составляет 1 Зв/человек на 1 ГВт/год.

Для людей, работающих с ядерными реакторами, индивидуальные дозы еще больше. Наиболее типичное значение среднегодовой коллективной эффективной дозы для этой категории профессионалов составляет 10 Зв/человек на 1 ГВт/год электроэнергии.

Рабочие, выполняющие разные виды работ по обслуживанию ядерных реакторов, получают неодинаковые дозы. Наиболее велики дозы облучения при ремонтных работах: рабочие, участвующие в текущих или аварийных ремонтах, получают примерно половину всей коллективной дозы, а по некоторым оценкам – до 70 % коллективной эффективной дозы.

Дозы, которые получают люди, занятые научно-исследовательской работой в области ядерной физики и энергетики, очень сильно различаются для разных предприятий и стран. В Японии и Швейцарии, например, они достаточно малы, а в Великобритании относительно высоки. В среднем по всем странам доза составляет около 5 Зв/человек на 1 ГВт/год.

Все эти величины добавляют к среднегодовой коллективной эффективной дозе менее 30 Зв/человек на 1 ГВт/год электроэнергии, что составляет примерно 0,03 % дозы, получаемой людьми от естественных источников радиации.

Конечно, профессиональные дозы получают не только рабочие предприятий атомной промышленности. Облучению подвергаются и работники обычных промышленных предприятий, а также медицинский персонал. Последние составляют многочисленную группу, получая в среднем относительно небольшие дозы. Так, средняя эффективная доза, получаемая медицинским персоналом при снятии одной рентгенограммы, составляет от 1 до 4 мкЗв. Для стоматологов среднегодовые дозы облучения еще меньше. В целом считается, что вклад дозы, получаемой медицинским персоналом, занимающимся рентгенорадиологическими обследованиями, в коллективную эффективную дозу всего населения в странах с высоким уровнем жизни составляет около 1 Зв/человек на 1 млн жителей.

В промышленно развитых странах дополнительный вклад в годовую коллективную дозу в 0,5 Зв/человек на 1 млн жителей дает облучение персонала обычных промышленных предприятий. Впрочем, число людей, получающих довольно высокие индивидуальные среднегодовые дозы (тех, например, кто участвует в производстве люминофоров с использованием радиоактивных материалов), сравнительно невелико.

В довольно примитивных условиях (например, непосредственно на строительных площадках) часто работают и установки промышленной дефектоскопии. Считается, что рабочие, обслуживающие эти установки, подвергаются наибольшему облучению, хотя доказать это не так просто.

Представители некоторых профессий могут подвергаться воздействию более высоких доз естественной радиации. Самую большую группу таких работников составляют экипажи самолетов. Полеты совершаются на большой высоте, и это приводит к увеличению дозы из-за воздействия космических лучей. Так, например, около 70 тыс. членов экипажей в США и 20 тыс. в Великобритании получают дополнительно 1–2 мЗв/год.

Повышенные дозы облучения получают также шахтеры, добывающие каменный уголь или другие руды в подземных условиях. Индивидуальные дозы сильно различаются, а при некоторых видах подземных работ эти дозы могут быть даже выше, чем в урановых рудниках.

Очень высокие дозы (более 300 мЗв/год, что в 6 раз выше международного стандарта, принятого для работников атомной промышленности) получает персонал курортов, на которых применяются радоновые ванны, и куда люди едут, чтобы поправить свое здоровье.

Другие искусственные источники облучения

Источниками дополнительного облучения могут являться и многие общеупотребительные предметы, содержащие радиоактивные вещества.

В недавнее время едва ли не самым распространенным источником облучения являлись часы со светящимся циферблатом. По приблизительным оценкам, они дают в 4 раза большую годовую дозу, чем утечки на АЭС. Такую же коллективную эффективную дозу получают работники предприятий атомной промышленности и экипажи авиалайнеров. При изготовлении таких часов использовали радий, что приводило к облучению всего организма, хотя на расстоянии 1 м от циферблата излучение в 10 000 раз слабее, чем на расстоянии 1 см. Сейчас радий заменяют тритием или прометием-147, которые приводят к существенно меньшему облучению. Радиоактивные изотопы используются также в светящихся указателях входа– выхода, в компасах, телефонных дисках, прицелах и т.п.

В настоящее время в продаже имеются антистатические щетки для удаления пыли с пластинок и фотопринадлежностей, действие которых основано на испускании α-частиц. Принцип действия многих детекторов дыма также основан на использовании α-излучения. К концу 1980 г. в США было установлено более 26 млн таких детекторов, содержащих америций-241, однако при правильной эксплуатации они должны давать ничтожную дозу облучения. Радионуклиды применяют также в дросселях флюоресцентных светильников и других электроприборах и устройствах. В середине 1970-х годов только в Западной Германии в эксплуатации находилось почти 100 млн таких приборов, которые, впрочем, не приводят к заметному облучению.

При изготовлении особо тонких оптических линз применяется торий, который может привести к существенному облучению хрусталика глаза. Для придания блеска искусственным зубам раньше использовали уран, который естественно служил дополнительным источником облучения тканей полости рта. Радиоактивные вещества в этих случаях применяли с чисто эстетической целью, что, вероятно, совершенно неоправданно.

Источниками рентгеновского излучения являются также цветные телевизоры и дисплеи компьютеров, но при правильной настройке и эксплуатации дозы облучения от современных моделей ничтожны. Рентгеновские аппараты для проверки багажа пассажиров в аэропортах также практически не вызывают облучения авиапассажиров.