Радионуклиды, испуская частицы, превращаются в другие радионуклиды и химические элементы. Радионуклиды распадаются с различной скоростью. Скорость распада радионуклидов называют активностью.Единицей измерения активности является количество распадов в единицу времени. Один распад в секунду носит специальное название беккерель (Бк). Часто для измерения активности используется другая единица – кюри (Ки), 1 Ки = 37 • 109 Бк. Одним из первых подробно изученных радионуклидов был радий-226. Его изучили впервые супруги Кюри, в честь которых и названа единица измерения активности. Количество распадов в секунду, происходящих в 1 г радия-226 (активность) равна 1 Ku.
Время, в течение которого распадается половина радионуклида, называется периодом полураспада (Т1/2). Каждый радионуклид имеет свой период полураспада. Диапазон изменения Т1/2для различных радионуклидов очень широк. Он изменяется от секунд до миллиардов лет. Например, наиболее известный естественный радионуклид уран-238 имеет период полураспада около 4,5 миллиардов лет.
При распаде уменьшается количество радионуклида и уменьшается его активность. Закономерность, по которой снижается активность, подчиняется закону радиоактивного распада.
Воздействие радиации на человека зависит от количества энергии ионизирующего излучения, которая поглощается тканями человека. Количество энергии, которая поглощается единицей массы ткани, называется поглощенной дозой. Единицей измерения поглощенной дозы является грей (1 Гр = 1 Дж/кг). Часто поглощенную дозу измеряют в радах (1 Гр = 100 рад).
Однако не только поглощенная доза определяет воздействие радиации на человека. Биологические последствия зависят от вида радиоактивного излучения. Например, альфа-излучение в 20 раз более опасно, чем гамма- или бета-излучение. Биологическая опасность излучения определяется коэффициентом качества К. При умножении поглощенной дозы на коэффициент качества излучения получается доза, определяющая опасность излучения для человека, которая получила название эквивалентной. Эквивалентная доза имеет специальную единицу измерения – зиверт (Зв). Часто для измерения эквивалентной дозы используется более мелкая единица – бэр (биологический эквивалент рада), 1 Зв = 100 бэр. Итак, основными параметрами радиации являются следующие (Таблица 1).
Таблица 1. Основные параметры радиации
| Параметр | Единица международной системы (СИ) | Единица | Соотношение между единицами |
| Активность | беккерель (Бк) | кюри (Ku) | 1Ku=37*109Бк |
| Период полураспада | секунда | минутасуткигод | --- |
| Поглощенная доза | грей (Гр) | рад | 1Гр=100 рад |
| Эквивалентная доза | зиверт (Зв) | бэр | 1Зв=100 бэр |
Искусственные источники радиации. Кроме облучения от естественных источников радиации, которые были и есть всегда и везде, в XX веке появились и дополнительные источники излучения, связанные с деятельностью человека.
Прежде всего – это использование рентгеновского излучения и гамма-излучения в медицине при диагностике и лечении больных. Дозы, получаемые при соответствующих процедурах, могут быть очень большими, особенно при лечении злокачественных опухолей лучевой терапией, когда непосредственно в зоне опухоли они могут достигать 1000 бэр и более. При рентгенологических обследованиях доза зависит от времени обследования и органа, который диагностируется, и может изменяться в широких пределах – от нескольких бэр при снимке зуба до десятков бэр – при обследовании желудочно-кишечного тракта и легких. Флюорографические снимки дают минимальную дозу, и отказываться от профилактических ежегодных флюорографических обследований ни в коем случае не следует. Средняя доза, получаемая людьми от медицинских исследований, составляет 0,15 бэр в год.
Во второй половине XX века люди стали активно использовать радиацию в мирных целях. Различные радиоизотопы используют в научных исследованиях, при диагностике технических объектов, в контрольно-измерительной аппаратуре и т.д. И наконец – ядерная энергетика. Ядерные энергетические установки используют на атомных электрических станциях (АЭС), ледоколах, кораблях, подводных лодках. В настоящее время только на атомных электрических станциях работают свыше 400 ядерных реакторов общей электрической мощностью свыше 300 млн кВт. Для получения и переработки ядерного горючего создан целый комплекс предприятий, объединенных в ядерно-топливный цикл (ЯТЦ).
ЯТЦ включает предприятия по добыче урана (урановые рудники), его обогащению (обогатительные фабрики), изготовлению топливных элементов, сами АЭС, предприятия вторичной переработки отработанного ядерного горючего (радиохимические заводы), по временному хранению и переработке образующихся радиоактивных отходов ЯТЦ и, наконец, пункты вечного захоронения радиоактивных отходов (могильники). На всех этапах ЯТЦ радиоактивные вещества в большей или меньшей степени воздействуют на обслуживающий персонал, на всех этапах могут происходить выбросы (нормальные или аварийные) радионуклидов в окружающую среду и создавать дополнительную дозу на население, особенно проживающее в районе предприятий ЯТЦ.
Откуда появляются радионуклиды при нормальной работе АЭС? Радиация внутри ядерного реактора огромна. Осколки деления топлива, различные элементарные частицы могут проникать через защитные оболочки, микротрещины и попадать в теплоноситель и воздух. Целый ряд технологических операций при производстве электрической энергии на АЭС могут приводить к загрязнению воды и воздуха. Поэтому атомные станции снабжены системой во-до- и газоочистки. Выбросы в атмосферу осуществляются через высокую трубу.
При нормальной работе АЭС выбросы в окружающую среду малы и оказывают небольшое воздействие на проживающее по близости население.
Наибольшую опасность с точки зрения радиационной безопасности представляют заводы по переработки отработанного ядерного горючего, которое обладает очень высокой активностью. На этих предприятиях образуется большое количество жидких отходов с высокой радиоактивностью, существует опасность развития самопроизвольной цепной реакции (ядерная опасность).
Очень сложна проблема борьбы с радиоактивными отходами, которые являются весьма значимыми источниками радиоактивного загрязнения биосферы.
Однако сложные и дорогостоящие системы защиты от радиации на предприятиях ЯТЦ дают возможность обеспечить защиту человека и окружающей среды до очень малых величин, существенно меньших существующего техногенного фона. Другая ситуация имеет место при отклонении от нормального режима работы,» а особенно при авариях. Так, произошедшая в 1986 г. авария (которую можно отнести к катастрофам глобального масштаба – самая крупная авария на предприятиях ЯТЦ за всю историю развития ядерной энергетики) на Чернобыльской АЭС привела к выбросу в окружающую среду лишь 5% всего топлива. В результате в окружающую среду было выброшено радионуклидов с общей активностью 50 млн Ки. Этот выброс привел к облучению большого количества людей, большому количеству смертей, загрязнению очень больших территорий, необходимости массового переселения людей.
Авария на Чернобыльской АЭС ясно показала, что ядерный способ получения энергии возможен лишь в случае принципиального исключения аварий крупного масштаба на предприятиях ЯТЦ.
Воздействие радиации на организм человека. В организме человека радиация вызывает цепочку обратимых и необратимых изменений. Пусковым механизмом воздействия являются процессы ионизации и возбуждения молекул и атомов в тканях. Важную роль в формировании биологических эффектов играют свободные радикалы Н+ и ОН», образующиеся в процессе радиолиза воды (в организме содержится до 70% воды). Обладая высокой химической активностью, они вступают в химические реакции с молекулами белка, ферментов и других элементов биологической ткани, вовлекая в реакции сотни и тысячи молекул, не затронутых излучением, что приводит к нарушению биохимических процессов в организме. Под воздействием радиации нарушаются обменные процессы, замедляется и прекращается рост тканей, возникают новые химические соединения, не свойственные организму (токсины). А это в свою очередь влияет на процессы жизнедеятельности отдельных органов и систем организма: нарушаются функции кроветворных органов (красного костного мозга), увеличивается проницаемость и хрупкость сосудов, происходит расстройство желудочно-кишечного тракта, снижается сопротивляемость организма (ослабевает иммунная система человека), происходит его истощение, перерождение нормальных клеток в злокачественные (раковые) и др.
Ионизирующее излучение вызывает поломку хромосом, после чего происходит соединение разорванных концов в новые сочетания. Это приводит к изменению генного аппарата человека. Стойкие изменения хромосом приводят к мутациям, которые отрицательно влияют на потомство.
Перечисленные эффекты развиваются в различные временные промежутки: от секунд до многих часов, дней, лет. Это зависит от полученной дозы и времени, в течение которого она была получена.
Острое лучевое поражение (острая лучевая болезнь) возникает тогда, когда человек в течение нескольких часов или даже минут получает значительную дозу. Принято различать несколько степеней острого лучевого поражения (Таблица 2).
Таблица 2. Последствия острого лучевого поражения
| Степень | Доза, бэр | Последствия |
| - | <50 | Отсутствие клинических симптомов |
| - | 50…100 | Незначительное недомогание, короткое обычно проходит |
| I | 100…200 | Легкая степень лучевой болезни |
| II | 200…400 | Средняя степень лучевой болезни |
| III | 400…600 | Тяжелая степень лучевой болезни |
| IV | >600 | Крайне тяжелая степень лучевой болезни. Наступает смерть |
Эти градации весьма приблизительны, поскольку зависят от индивидуальных особенностей каждого организма. Например, наблюдались случаи гибели людей и при дозах менее 600 бэр, зато в других случаях удавалось спасти людей и при дозах более 600 бэр.