Слово «радиация» у большинства из сегодняшних читателей вызывает страх. Радиация ассоциируется со смертью. Невидимый, неслышимый, неощутимый убийца, медленно убивающий — может быть, и тебя, читатель? Нужно ли бояться? Ответ — в этой статье.
КДПВ — из книги «Физики шутят».
Первые «звоночки»
Понимание того, что ионизирующая радиация оказывает некое физиологическое действие на организм, было уже у первых ее исследователей. То, что X-лучи Конрада Рентгена вызывают ожоги, открыл на своей шкуре его помощник В. Груббе почти сразу после их открытия.
Первооткрыватель лучей урана Анри Беккерель тоже ощутил их воздействие на себе, когда положил в карман ампулу с радиевой солью, чтобы показать ее своим студентам: кожа вокруг ампулы покраснела и стала болезненной, а затем образовалась долго не заживавшая язва. Ожоги и язвы от воздействия рентгеновского излучения получали многие пациенты, подвергавшиеся рентгеновскому просвечиванию и лечившие их врачи, а сотрудник лаборатории Томаса Эдисона, длительное время работавший на публичной демонстрации рентгеновского излучения, лишился ног от лучевых ожогов, а впоследствии рано умер от рака кожи. К 1907 году уже было известно, как минимум, о семи смертях от ионизирующей радиации, а общее количество врачей-рентгенологов, погибших от облучения за первые десятилетия ее использования шло на сотни.
Несмотря на это, публика встретила новое явление восторженно. Открытие терапевтического действия рентгеновских лучей и лучей радия на такое страшное и неизлечимое заболевание, как рак и обнаружение стимулирующего действия слабой радиации на жизненные процессы привели к тому, что обыватели в радии увидели панацею. В продажу поступили радиоактивная минеральная вода, радиоактивные зубные пасты и косметика, устройства для насыщения воды радоном, содержащие радий. К счастью, в большинстве случаев радиоактивными они были лишь в рекламе. Однако препарат «Радитор», десять лет присутствовавший на полках аптек с 1918 до 1928 года и действительно содержащий в каждой склянке по микрограмму радия-226.
Рекомендовалось принимать в день по пузырьку.
Для справки: на расстоянии 1 см микрограмм радия создает мощность дозы 8,4 мр/ч одного только гамма-излучения. Допустимое поступление радия-226 за год (НРБ-99) — 35 нанограмм.
Радитор заявлялся, как лекарство от всех болезней, не исключая импотенции, ревматизма и шизофрении. Неизвестно, сколько жизней он унес — мы знаем только о смерти Эбена Байерса, американского миллионера и промышленника от рака ротовой полости, развившегося после приема примерно полутора тысяч пузырьков в течение нескольких лет.
Пожалуй, самой известной жертвой радиации той поры стала одна из первопроходцев радиоактивной тематики — Мария Склодовская-Кюри, которая умерла от лейкемии, вызванной облучением, в 1934 году. От полученных доз радиации рано умерли, вероятно, и Анри Беккерель, и Ирен Жолио-Кюри. Сейчас уже не найти имен всех тех, кто погиб и тяжело заболел, работая в те годы с огромными активностями без какой-либо защиты и мер предосторожности, но видимо, их было много.
С тех пор прошло всего немногим более десяти лет до того момента, когда смертоносная радиация показала себя со всех сторон в Хиросиме и Нагасаки. Дальше было много всего: и девочка, складывавшая журавликов, и испытательные взрывы, через эпицентры которых прогоняли роты солдат, и Маяк, и Чернобыль…
Действие радиации на вещество и живую ткань
Все начинается с акта ионизации — одному из электронов атома придается энергия, превышающая энергию его связи с атомом и он улетает прочь, оставляя атом с положительным зарядом. Но энергия кванта гамма-излучения, альфа- или бета-частицы слишком велика, чтобы на этом все закончилось. Энергия ионизации измеряется единицами, максимум первой десяткой электрон-вольт, а энергия частицы или кванта может составлять мегаэлектронвольты. Поэтому в результате единичного акта взаимодействия оказываются ионизированными тысячи и десятки тысяч атомов. Выброшенные из них электроны также приобретают энергию, достаточную для ионизации других атомов и все продолжается до тех пор, пока в конце концов энергия очередных электронов не окажется ниже энергии ионизации.
Что в результате? Превращение нейтрального атома в ион во-первых, ослабляет или разрушает прежние химические связи, которые этот атом формировал, во-вторых, делает этот атом чрезвычайно активным реакционным центром, который мгновенно образует новые химические связи.
Когда речь идет о кристалле, это приводит к образованию точечных дефектов кристаллической решетки — радиационным дефектам, которые постепенно, по мере накопления дозы, меняют свойства материала. Металл становится более хрупким, у кремния растет проводимость и падает подвижность зарядов, оптически прозрачные материалы становятся менее прозрачными, окрашиваются, диэлектрики начинают «течь» — материалы «устают» от набранной дозы и разрушаются, перестают работать так, как должны, а сделанные из них устройства выходят из строя. В пределе кристалл превращается в аморфное вещество. Многие урановые и ториевые минералы обнаруживаются в таком — метамиктном состоянии: за время, прошедшее с момента их образования излучаемая ими самими радиация полностью разрушает кристаллическую решетку, при этом форма кристаллов остается прежней.
А живое вещество — ничем в этом смысле не лучше. Если в молекуле белка одна из аминокислот превращается невесть во что, даже если белковая цепь при этом не разорвется — такая молекула белка уже не будет выполнять свою функцию. Если в мембране одна из липидных молекул, превратившись в активный ион, прореагирует с соседней молекулой и образовавшийся «франкенштейн» перестанет быть структурным элементом мембраны — в ней останется дыра. Лишние, не выполняющие более своих функций молекулы остаются в клетке и мешают ее работе, отравляют ее. А всего хуже — если повреждение получит самая главная молекула в клетке — молекула ДНК, несущая генетическую информацию. Это приведет к искажению последней, появлению мутаций.
Ионизация с последующей нейтрализацией образовавшихся ионизированных фрагментов приводит к образованию свободных радикалов, которые вступают во взаимодействие с соседними молекулами и разрушают их, передавая им неспаренный электрон и вместе с ним — реакционную способность. И так — пока два радикала не встретятся… Поэтому для повреждения молекулы ей не обязательно попасть непосредственно под воздействие высокоэнергетической частицы — ее разрушительное дело продолжают радикалы. Время их существования невелико — от нано- до микросекунд, но оно гораздо дольше, чем время самого акта взаимодействия.
Получив лучевой «удар», клетка сперва пытается восстановиться. Включаются механизмы устранения молекулярного «мусора», заново синтезируются погибшие молекулы, латаются дырявые мембраны, механизмы репарации пытаются «сшить» разорванные хромосомы. Если же все совсем плохо — клетка запускает программу самоликвидации — апоптоза.
Хуже всего приходится тем клеткам, которые активно делятся. В них все уязвимо и они с трудом восстанавливаются. Поэтому ткани, в которых происходит постоянное деление и рост клеток — ткани костного мозга, половых желез, эмбриональные ткани — наиболее радиочувствительны и первыми страдают при облучении.
Лучевая болезнь
Массовая гибель клеток и приостановка функционирования выживших после острого облучения неблагоприятно сказывается на функционировании пострадавших органов, а значит и организма в целом. В кровоток выделяются токсичные продукты распада клеток, свободные клеточные ферменты, цитокины и другие сигнальные молекулы, продукты радиолиза, что усугубляет тяжесть поражения. Развивается острая лучевая болезнь.
Ее начало выглядит, как отравление непонятно чем, и это действительно отравление всем тем, что сразу после облучения попало в кровь в результате массового повреждения клеток. Начинается рвота, падает давление, поднимается температура — это так называемая первичная реакция. Она проходит и человеку становится лучше. Кажется, что все уже позади — но на самом деле, главные проблемы еще не показали себя. А они уже есть и серьезные: костный мозг частично или полностью погиб. При дозе 100 бэр 20% клеток костного мозга — нежизнеспособны. При дозе 500-600 бэр — костный мозг мертв полностью.Пока работают имеющиеся клетки крови — все хорошо. Но их срок службы — несколько дней, и им требуется смена. А смена не придет — неоткуда.
Организм оказывается беззащитен против инфекций, кровь теряет свертываемость, падает ее способность к переносу кислорода и углекислого газа.
Первые признаки лучевой болезни появляются при поглощенной дозе гамма-излучения около 1 Гр. Более низкие дозы не вызывают клинических проявлений, хотя определенные патологические изменения на анализах крови и костного мозга выявляются при дозах в десятые доли грея. При дозах до 5-6 Гр, пока в костном мозге еще остались жизнеспособные делящиеся клетки-предшественники, есть шанс на выздоровление. При дозах менее 2 Гр этот шанс — абсолютный и выздоровление полное, а до 4 Гр вероятность умереть невелика, но последствия в половине случаев останутся навсегда. Свыше 6 Гр — есть некоторая возможность «вытянуть» человека, применив пересадку костного мозга от донора, но когда доза превышает 10 Гр — погибает уже не только он, но и клетки-предшественники эпителия кишечника. Это уже абсолютно смертельно. Причем после того, как пройдет первичная реакция на облучение, нередко наступает так называемая фаза ходячего трупа: человек чувствует себя вполне сносно, у него ничего не болит, к нему вернулись силы: организм функционирует на старых клетках крови, на старом кишечном эпителии. Когда они закончатся, а случится это очень скоро, через несколько дней или даже часов, закончится (кровавым поносом, а затем мучительной смертью) и мнимое «здоровье».
При очень больших дозах в сотни грей умирают самые радиорезистентные клетки. Те, которые не делятся — нервные, мышечные. У жертвы облучения сразу же начинаются симптомы поражения мозга: судороги, психомоторное возбуждение, сменяющееся угнетением сознания вплоть до комы, и в течение короткого времени (от нескольких часов до нескольких дней) — летальный исход. В популярной литературе часто говорят о «смерти под лучом», о мгновенной гибели всего организма прямо в момент облучения, однако это скорее теоретическое предположение, с которым врачи еще не сталкивались.
Надо сказать, что 1000 Гр — это очень большая доза с точки зрения ее действия на живое вещество, но даже такая доза — это довольно маленькая величина, если посмотреть на поглощенную энергию, которая способна нагреть живую ткань лишь на 0,3°C.
Стохастические эффекты или болезни малых доз
Лучевая болезнь — это заболевание, имеющее выраженный порог начала своего проявления, а его тяжесть пропорциональна дозе облучения. Это так называемый детерминированный эффект облучения. Однако, если доза недостаточна для начала лучевой болезни, это не означает, что облучение прошло бесследно. Но проявление этого «следа», оставленного облучением, становится принципиально другим.
Первопричиной гибели клеток костного мозга при облучении обычно является грубое повреждение их генетического аппарата — так называемые хромосомные аберрации. От хромосом отрываются куски, которые могут присоединяться к другим хромосомам, образуются кольцевидные хромосомы и т.д. Но не всегда такое повреждение приводит к немедленной гибели клетки. В результате хромосомной перестройки, а иногда даже в результате точечной мутации — замены лишь одного или нескольких нуклеотидов в ДНК — нарушается один или несколько механизмов регуляции клеточного деления и дифференциации. Деление клетки становится неуправляемым и она порождает популяцию опухолевых клеток, которая при определенных обстоятельствах развивается в злокачественную опухоль. Наиболее легко и быстро вызываются облучением опухоли кроветворительной системы — лейкозы, реже это онкологические заболевания другой локализации. Кроме того, от облучения до развития лейкемии обычно проходит немного времени — 1-2 года, а то и меньше, а развитие рака до появления обнаружимой опухоли или клинических проявлений занимает нередко больше десяти лет.
Но само возникновение мутации является следствием единичного акта взаимодействия клеточного ядра с квантом гамма-излучения или частицей высокой энергии. Из этого вытекает неприятное следствие: неприятные последствия, грозящие гибелью всему организму, может вызвать попадание в клетку единственной частицы. К счастью, с очень маленькой вероятностью. Второе следствие — это независимость тяжести поражения от дозы и то, что от нее зависит лишь вероятность его развития. Эта вероятность оценивается примерно в 5% на каждый грей поглощенной дозы и, предположительно, ей пропорциональна.
Помимо рака, есть еще и мутации половых клеток. Здесь все то же самое: от дозы не зависит тяжесть проявления мутации (она зависит от того, какой именно ген и как оказался поврежден, но ядерная частица не выбирает, в какую часть молекулы ДНК ей ударить), от нее зависит только вероятность появления мутаций.
Такие эффекты в отличие от детерминированных эффектов, носят название стохастических, подчеркивая их случайный, вероятностный характер
Есть порог или нет порога?
В радиологии с самого начала ее существования ведется спор: есть ли порог для стохастических эффектов или даже природный фон является причиной онкологии? С одной стороны, в клетке постоянно действуют репарационные механизмы, которым удается оперативно устранять все или почти все повреждения, а катастрофические разрушения с хромосомными аберрациям крайне редки при естественном уровне радиации. А подавляющее большинство исследований, касающихся частоты проявления стохастических эффектов, сделаны при острых дозах не меньше нескольких десятых грея, когда велика вероятность множественного повреждения одной и той же клетки до завершения ее саморемонта. Поэтому вполне вероятно, что в области низких доз частота стохастических эффектов на один грей поглощенной дозы может оказаться значительно ниже, чем в области высоких. Но так ли это, проверить очень сложно. Причина этому — человек болеет раком и вне всякой связи с радиацией. И болеет часто: с онкологическими заболеваниями сталкивается 20% населения земного шара. На этом фоне обнаружить небольшую добавку от дозы порядка естественного фона (2,4 мЗв/год за 70 лет жизни — это 168 мЗв, что дает вклад в общую частоту онкологии менее процента) обнаружить исключительно сложно банально из-за статистического разброса: для этого потребовалось бы набрать в каждой из групп (опытной и контрольной) не меньше миллиона совершенно здоровых подопытных, живущих в совершенно одинаковых условиях.
Во всяком случае, прямым способом — исследованием частоты онкологии в группах, живущих при различном природном радиационном фоне (а он в различных точках Земли может составлять от 3,5 до нескольких сотен мкР/ч) не удалось выявить какой-либо внятной корреляции одного с другим.
Другая до сих пор не решенная задача — это вопрос, работает ли здесь то, что в фотографии называется законом взаимозаместимости? То есть — есть ли разница между дозой, полученной за минуту, за год или за всю жизнь? При больших дозах, когда речь может идти о лучевой болезни несомненно — разница есть. При кратковременном облучении доза, вызывающая лучевую болезнь, гораздо меньше, чем доза, вызывающая хроническую лучевую болезнь при многолетнем облучении.
Пока данные вопросы не решены, при решении вопросов безопасности руководствуются предположением, что частота стохастических эффектов пропорциональна дозе вплоть до нуля и нет разницы между острой и хронической дозами. Это так называемая беспороговая концепция, по ней риск есть от любой дозы и лимиты облучения мы устанавливаем, исходя из приемлемого риска.
Гормезис или ускоренное старение?
В описанной выше концепции нет места детерминированным дозозависимым эффектам при малых дозах. Тем не менее, гипотезы о существовании таковых выдвигались. Причем, как о вредных эффектах, так и о полезных.
Еще первыми экспериментаторами в области радиобиологии было замечено: радиация стимулирует рост растений, ускоряет прорастание семян, в условиях резко пониженного радиационного фона по сравнению с природным сильно замедляется деление инфузории-парамеции. Это явление было названо радиационным гормезисом и возникло предположение, что и на высших животных и человека малые дозы радиации могут действовать не губительно, а напротив — благоприятно. Некоторые эксперименты это подтверждают — отмечена повышенная продолжительность жизни облучаемых грызунов по сравнению с контролем, усиление иммунитета. Эксперименты на людях противоречивы: результаты одних показывают наличие гормезиса, другие его отрицают.
Противоположная гипотеза — о том, что малые дозы, лишь немного превышающие естественный фон, сокращают продолжительность жизни, снижают иммунитет, вызывают сердечно-сосудистые и даже неврологические заболевания, вызывают замедление развития детей и ухудшение их здоровья. У этой гипотезы есть свои сторонники, вышло некоторое количество статей, которые вроде бы ее подтверждают — но всегда на очень малых выборках, на которых статистика может сыграть очень дурную шутку. На крупных выборках, опять таки, не видно корреляции между природным радиационным фоном на местности и продолжительностью жизни.
На этом мы закончим обсуждать вопросы действия радиации на организм и займемся защитой и безопасностью.
О допустимом уровне радиации
Мнения инструкций к бытовым дозиметрам, заметок в газетах и сообщений по телевизору и прочих «надежных» источников разнятся: популярными были цифры цифры в 30, 50, 60 мкР/ч. Я не нашел ни одного нормативного документа, в которых указывались бы подобные цифры. Более того, сама по себе мощность дозы не имеет значения — имеет значение доза, набираемая человеком за длительные интервалы времени — годы и десятилетия. Во всяком случае, пока радиационная обстановка относительно спокойна.
То есть — нет такого, что если дозиметр показывает, к примеру, 0,15 мкЗв/ч — здесь можно спокойно гулять, а вдруг он показал 1,2 мкЗв/ч и страшную красную табличку «Опасно» — нужно быстро смываться. На самом деле 1,2 мкЗв/ч — цифры, конечно, не очень хорошие, но лишь в случае длительного пребывания: месяцами, годами.
В нашей стране документом, устанавливающим допустимые нормы облучения, являются Нормы радиационной безопасности или НРБ и Основные санитарные правила радиационной безопасности — ОСПРБ. Текущие действующие версии этих документов — СанПин 2.6.1.2523-09 НРБ-99/2009 и СП 2.6.1.2612-10 ОСПОРБ-99/2010. В НРБ рассматриваются две группы: «мирные жители», население, не работающее с источниками излучения, и те, чья работа с излучением является предметом их профессиональной деятельностью. Первым за год в среднем за пять лет допускается набратьот техногенных источников излучения лишь 1 мЗв. В пересчете на мощность дозы, если считать — это всего-навсего 0,11 мкЗв/ч, куда не входит природный фон. А последний вообще может быть любым. По его поводу НРБ умывает руки, лишь предлагая «ограничивать облучение от отдельных природных источников» (в первую очередь, это ограничения на концентрацию радона в воздухе и удельную активность природных радионуклидов в применяемых в строительстве материалах). Так что, если природный фон ориентировочно принять за 0,1 мкЗв/ч, то допустимым уровнем радации, действующим постоянно и непрерывно, можно считать 0,21 мкЗв/ч.
Зная, что каждый зиверт — это вероятность заболеть раком, равная 5%, получаем, что 1 мЗв/год от техногенных источников, разрешенный по НРБ — это за всю жизнь (около 70 мЗв) добавочные 0,35% риска онкологии.
С одной стороны, такой подход понятен в том плане, что природный радиационный фон, а также внутреннее облучение, связанное с калием-40 — это данность, с которой ничего не поделаешь а минимизировать нужно именно ту часть дозы, на которую можно повлиять. Но с другой — в таким подходе есть определенное лукавство.
Впрочем, в ОСПРБ защите населения от природных источников уделяется несколько больше внимания: там в качестве приемлемого уровня облучения от последних принято значение 5 мкЗв/год, а при уровне свыше 10 мЗв/год требуются первоочередные меры по его снижению. 5 мЗв/год — это 0,55 мкЗв/ч, однако не нужно забывать о том, что сюда входит внутреннее облучение. Если предположить, что на него придется примерно половина дозы, то дозиметр покажет 0,23 мкЗв/ч.
То есть, если там, где вы живете, показания дозиметра превышают примерно 0,2-0,25 мкЗв/ч (или 20-25 мкР/ч) — это повод задуматься о смене места жительства, но если вдруг на прогулке вы забрели в место, где дозиметр показал даже в десять или двадцать раз большие значения — не следует паниковать и мчаться домой пить водку стаканами для «выведения радиации». Вот что сделать стоит — это проверить, не осталось ли радиоактивной грязи на ваших подошвах.
Все эти нормы не касаются персонала, работающего с источниками ионизирующего излучения — у них допустимые нормы облучения значительно более высокие — до 20 мЗв/год в среднем за 5 лет, но не более 50 мЗв/год, а за всю карьеру — не более 1 Зв.
О времени, пространстве и свинцовых кирпичах
А что делать, если уровень радиации слишком велик? Тогда нужна защита. И самая простая и дешевая защита называется «защита временем и расстоянием» — держаться от источника подальше и максимально сократить время контакта с ним.
Роль времени, как я думаю, пояснений не требует. С расстоянием — интереснее. Если размеры источника малы по сравнению с расстоянием до него, интенсивность излучения от него подчиняется закону обратных квадратов. Возьмем для примера ампулу с миллиграммом радия. Как мы знаем, на расстоянии в сантиметр от нее мощность экспозиционной дозы составляет 8,4 Р/ч. Увеличив это расстояние в 100 раз, то есть до метра, мы снизим уровень излучения в 10 тысяч раз, до 840 мкР/ч. А вот если мы, нарушив все правила ТБ, возьмем эту ампулу в руки, мы сократим расстояние до толщины стенки ампулы, например, до 0,5 мм. И наши пальцы окажутся в поле излучения мощностью дозы в 400 раз большей — 3360 Р/ч! Вот уж действительно — «то, что не надо трогать руками»! Для сравнения — если эту же ампулу взять щипцами с длиной ручек 30 см, это уменьшит уровень радиации в раз. К слову, такая степень защиты эквивалентна слою свинца толщиной более двух сантиметров!
К сожалению, когда источник не очень похож на точечный, закон обратных квадратов действовать перестает. Да и уровни радиации не всегда позволяют ограничиться защитой с его помощью, и тогда приходится применять дополнительную защиту.
Альфа- и бета-излучение практически не обладают проникающей способностью и защита от них не составляет проблем. Первое поглощается в нескольких сантиметрах воздуха, а пробег альфа-частиц в твердых или жидких средах измеряется десятками, а то и единицами микрон. Бета-частицы обычно более дальнобойны, но и для них непроницаема пластина алюминия, стекла или пластика толщиной, в зависимости от энергии, от долей миллиметра до сантиметра. Гораздо труднее защититься от гамма-излучения и нейтронов.
Гамма-излучение поглощается в первую очередь электронами. Чем их больше на его пути, то есть чем больше атомный номер вещества, тем сильнее будет поглощение. В области низких энергий, где основным механизмом поглощения является фотоэффект, оно пропорционально атомному номеру в пятой (!) степени, с ростом энергии постепенно растет доля комптоновского поглощения, которое зависит от атомного номера линейно. Именно поэтому для защиты от излучения стараются взять вещества с как можно более высоким атомным номером. Свинец является наиболее известным материалом для противорадиационной защиты, но применяется и бетон, и даже вода, благодаря тому, что их слой может быть намного толще, чем слой свинца, который хоть и не самый дорогой металл, все же недешев, да и вреден. И наоборот — для защиты от маленьких, но злых источников, применяющихся в дефектоскопах, стерилизационных установках, аппаратах лучевой терапии, РИТЭГах — нередко применяют обедненный уран. Он, конечно, тоже радиоактивен, но его радиационная опасности несопоставима с излучением его содержимого — крохотной смертоносной ампулки с иридием-192, цезием-137 или кобальтом-60. Иногда используют вольфрам — он поглощает гамма-излучение слабее, чем свинец, но почти вдвое большая плотность нивелирует эту разницу.
А вот для нейтронов все наоборот: свинец для них практически прозрачен, зато их хорошо задерживают вещества, состоящие из легких атомов, особенно те, что содержат много водорода. Нейтрон, столкнувшись с протоном, остается на месте, а дальше летит протон. Но последний далеко не улетит — обладая зарядом, он передает свою кинетическую энергию электронам и ядрам окружающих его атомов. Проникающая способность протонов не сильно превосходит таковую альфа-частиц. Правда, для защиты от нейтронов этого мало: остановившись, они не перестают быть вообще и быть вредными в частности. Но такие низкоэнергетические, так называемые тепловые нейтроны приобретают свойство хорошо отражаться от легких материалов — бериллия, алюминия и т.п. А еще одним важным в защите от нейтронов элементом является бор.
Его ядро с массовым числом 10 (которого примерно 20% от всех атомов бора) жадно захватывает нейтрон, после чего образовавшееся ядро тут же распадается на альфа-частицу и стабильный литий-7. Правда, в результате еще образуется гамма-излучение с энергией 0,48 МэВ, от которого тоже приходится защищаться. Поэтому современные композитные материалы для нейтронной защиты включают в себя пластик, в состав которого входит бор, и наполнитель — окись свинца.
В заключение этого раздела, приведу полезную ссылку на калькулятор для вычисления мощности дозы на том или ином расстоянии от источника за защитой и без нее.
Источники закрытые, источники открытые
Источник радиоактивного излучения, находящийся в герметично запаянной ампуле или иным способом надежно изолированный от выхода активного вещества наружу, называется закрытым источником. Он (во всяком случае, пока его не разрушили — раздавили, распилили или расплавили, как части бывает с источниками, попавшими в металлолом) является источником только внешнего облучения.
Иначе обстоит дело с открытыми источниками излучения. Раствор радиоактивного вещества в стакане или колбе, радиоактивная руда, радиоактивные осадки, аэрозоли, сточные воды в окружающей среде — это все радиоактивные источники. Они отличаются от закрытых тем, что не исключено попадание радиоактивного вещества в организм. В этом случае мы имеем крайний случай, обратный «защите временем и расстоянием»: расстояние равно нулю и каждый акт распада наносит урон, время велико или даже стремится к бесконечности.
В этом смысле рассматривают такое понятие, как радиотоксичность того или иного радионуклида. С учетом «фармакокинетики» и «фармакодинамики» введенного в организм радиоактивного вещества и его убыли вследствие выведения и распада, а также выделяющейся при каждом акте распада энергии можно определить, какую дозу на протяжении жизни даст та или иная активность данного нуклида на различные органы, и исходя из этого оценить риск проявления стохастических и детерминированных эффектов в зависимости от количества поступившего нуклида.
Дозовый коэффициент радионуклида — это величина дополнительной дозы внутреннего облучения, которую получит человек, в расчете на единицу активности этого радионуклида. Исходя из этой величины можно подсчитать годовой предел поступления данного радионуклида в организм. Дозовые коэффициенты и предельные годовые поступления некоторых радионуклидов для населения при поступлении в организм с воздухом и пищей я привел в таблице.
Наибольшей радиотоксичностью обладают альфа-активные изотопы. Связано это с большой энергией альфа-частиц и высоким — равным 20 — коэффициентом качества альфа-частиц. На другом конце шкалы — тритий и углерод-14, при распаде которых выделяющаяся энергия невелика (особенно для трития) и поэтому создаваемая доза тоже мала. Помимо энергии распада существенную роль играет то, где этот распад происходит. Так, цезий-137, распределяющийся по организму почти равномерно, обладает гораздо меньшей радиотоксичностью, чем стронций-90, концентрирующийся вокруг костного мозга или йод-131, который практически весь сосредотачивается в щитовидной железе.
Интересно, что радиотоксичностью урана (особенно обедненного) практически можно пренебречь на фоне его токсичности химической, по которой он сопоставим со ртутью. Впрочем, токсические эффекты, вызываемые ураном, схожи с эффектами, вызываемыми радиацией: этот тяжелый металл является мутагеном и канцерогеном.
Опасный артефакт или безопасная игрушка для радиофила?
Часто можно встретить в сети обсуждение вопроса: насколько опасным является владение тем или иным радиоактивным предметом. Давайте разберемся.
В руки «радиофилов», «радиофобов» и прочих граждан периодически попадают различные предметы, обладающие повышенной радиоактивностью. Вот неполный перечень того, что мне приходилось встречать непосредственно:
- Изделия, содержащие светосостав постоянного действия, обычно на основе радия-226 — часы, компасы Адрианова, тумблеры, авиационные и танковые приборы и указатели, морские навигационные приборы (в частности, секстант);
- Урановое стекло различного назначения и керамика, покрытая урансодержащей глазурью;
- Урановые и ториевые минералы и продукты переработки урановых и ториевых руд;
- Содержащие торий лампы, среди которых особенно выделяются лампы накачки лазеров серий ДНП и ИНП, а также ксеноновые лампы сверхвысокого давления;
- Оптика с ториевым стеклом (японские объективы Takumar и др.);
- Калильные сетки для газовых ламп (содержат торий — примерно 1 кБк на сетку)
- Датчики дыма, содержащие америций.
Единственная категория этих радиоактивных артефактов, которые могли заметно повысить радиационный фон на существенном расстоянии (более пары десятков сантиметров) — это изделия, содержащие СПД. Среди них встречаются весьма «лучистые» экземпляры. Но даже среди них я не встречал тех, которые недостаточно было бы убрать от себя на расстояние в метр (я не встречал, но такие есть). К ним я могу добавить лишь целый кофр радиоактивных «Такумаров», с которым пришел на встречу с одним моим другом фототорговец. В метре от этого кофра уверенно срабатывала сигнализация дозиметра, показывавшая превышение уровня в 50 мкР/ч! Все остальные найденные мной радиоактивные предметы обнаруживались дозиметром практически вплотную и полностью безопасны в смысле внешнего облучения, если только не носить их в карманах или на теле в качестве украшений.
А вот в отношении внутреннего облучения полностью безопасными можно признать лишь урановое стекло, лампы и объективы. Содержащиеся в них радионуклиды надежно изолированы в прочной и химически инертной массе стекла или торированного вольфрама (в лампах). А наибольшую угрозу несет радиоактивный светосостав. Практически все изделия, его содержащие — это открытые источники и очень опасны. В некоторых из них СПД не защищен ничем и нанесен прямо на доступные для прикосновения части — обычно такие приборы буквально измазаны радием-226. Наибольшей опасности подвергаются те, кто пытается эти приборы вскрывать, ремонтировать, удалять с них СПД. Единственная пылинка такого светосостава, попавшая в легкие, способна с большой вероятностью вызвать рак. Кроме того, распад радия в светомассе — мощный источник радона.
Опасны и радиоактивные минералы. Особенно те, что имеют землистую форму, мягкие и легко разрушающиеся кристаллы с весьма совершенной спайностью, водорастворимые — это все те любимые коллекционерами урановые слюдки, отенит и прочие красоты. Циркон, монацит, невыветренный уранинит — менее страшны.
Заключение
Большие дозы радиации гарантировано сделают вам плохо. Вы заболеете и тяжесть этого заболевания будет определяться тем, сколько рентген вы схватите.
А вот от меньших доз, даже в десятки раз больших, чем принятые предельно допустимые, вам скорее всего ничего не будет. Вообще ничего. Вы, скорее всего, не станете супергероем чувствовать себя хуже, не станете чаще болеть, быстрее стареть и не умрете раньше времени. Единственным последствием станет увеличение риска — заболеть раком или передать детям нехорошую мутацию. Причем скорее всего — очень небольшое (но пропорциональное дозе!).
Тем не менее, этот риск существует, забывать о нем не следует и поэтому — если можно не лезть под луч, не нужно этого делать.
Все аспекты радиационной безопасности в одной статье охватить невозможно. Я умышленно не затрагивал тему радоновой опасности, а также тему критичности и СЦР — так как планирую писать про это отдельные статьи.
Все статьи серии
Радиация: Будни радиохимической лаборатории
Радиация: единицы измерения
Радиация: источники
Источник
