Факторами, определяющими направление и интенсивность миграции радионуклидов, являются:
• распространение в атмосфере Земли при перемешивании воздушных масс;
• осаждение на поверхность почвы, водоемов, растительный покров, диффузии, вымывания и других процессов;
• перемещение по земной поверхности со стоком, фунтовыми водами, под действием ветра, хозяйственной деятельности человека (обработка почвы и др.) и перемешиванием толщи воды;
• биогенная миграция при включении в биологические и пищевые цепи [17,18].
Значительную роль в формировании радиационной обстановки играют ландшафтно-геохимические особенности миграции радионуклидов, обусловленные дефляцией и стоком поверхностных вод терриконов в гидрологическую сеть и в бессточные понижения. Ветровой перенос поднятого с поверхности радиоактивного вещества может привести к вторичному загрязнению более чистой территории в результате дефляции. В зависимости от величины состава породных частиц они или держатся в воздухе под действием турбулентных сил, превышающих гравитационные, или перекатываются по поверхности почвы. Вторичный ветровой перенос осуществляется в нижних слоях атмосферы на сравнительно небольших расстояниях (1-2 км), однако может резко возрастать в случае пожаров, смерчей и пыльных бурь.
Поверхностные воды переносят большое количество взвесей, представленных в основном тонкодисперсными иловатыми частицами, содержащими значительное количество радионуклидов в поглощенном состоянии. Вынесенные химические элементы и радионуклиды поступают в нижерасположенные по рельефу геохимически подчиненные ландшафты. Наблюдается повышение концентрации радионуклидов у подножия терриконов в почвах депрессий и продуктах водной эрозии, перемещаемых вниз по стоку, особенно в замкнутых, непроточных депрессиях с распаханными склонами породных отвалов, где происходит осаждение частиц твердого стока, вследствие падения скорости водного потока. Велика роль искусственных и естественных барьеров местности в перераспределении радионуклидов. Так, лесные насаждения способны практически полностью задерживать поверхностный сток радионуклидов. Поэтому, последние не только прочно удерживаются на залесенных водоразделах, но и на залесенных склонах терриконов [17,18].
Все живые организмы на Земле, в том числе и человек в естественной среде своего обитания, подвергаются действию космического излучения и естественных радионуклидов, содержащихся в окружающей среде. Радионуклиды всегда существовали и существуют в природе, постоянно находятся в организме всех живых существ и человека [19,17,20].
В результате хозяйственной деятельности человека в окружающей среде появились искусственные радионуклиды», увеличилось количество естественных радионуклидов, извлекаемых из недр Земли с нефтью, углем, газом, минеральными удобрениями, строительными материалами [21,22,23,24,18].
В углях и породных терриконах радионуклиды содержатся в несгораемой минеральной фракции. При сгорании угля органический компонент выгорает, в результате чего концентрация природных радионуклидов в золе и шлаке становится выше, чем в самом угле.
Основными источниками дополнительного облучения населения, проживающего вокруг ТЭЦ, шахтных породных отвалов, связанные с процессом горения угля, являются: ингаляционное поступление во время прохождения шлейфа выброса, внешнее излучение, ингаляционное и пероральное поступление в организм человека радионуклидов, отложившихся на поверхности Земли [8].
С 1969г. в СССР были установлены нормы радиационной безопасности НРБ76/87 для трех категорий облучаемых лиц:
1. А (персонал);
2. Б (ограниченная часть населения);
3. В (население).
С 1 января 1998 года в Украине введены в действие нормы радиационной безопасности НРБУ-97. НРБУ-97 распространяется на ситуации облучения человека источниками ионизирующего излучения (ИИИ) в условиях:
• нормальной эксплуатации индустриальных ИИИ;
• медицинской практики;
• радиационной аварии;
• облучение техногенно-усиленными источниками природного происхождения.
НРБУ-97 включают 4 группы радиационно-гигиенических регламентированных величин:
I группа.
1. Пределы доз и допустимые уровни (пределы доз облучения мЗв/год).
А Б В 20 2 1
2. Облучение персонала категории А.
3. Повышенное планируемое облучение персонала.
4. Облучение персонала категории Б.
5. Облучение населения категории В.
6. Ограничение облучения беременных женщин и женщин детородного возраста. 7. Контрольные уровни (разработка администрацией учреждения по согласованию с СЭС).
II группа.
1. Медицинское облучение населения.
III группа.
1. Вмешательства в условиях радиоактивной аварии.
IV группа.
1. Уменьшение доз хронического облучения человека от техногенно-усиленных источников природного происхождения в быту и на производстве (мин. сырье, стройматериалы, быт. химия, изделия из стекла и т.д.).
2. Радиационная зашита персонала. Безопасность труда при эксплуатации ИИИ[25].
Биологическое действие ионизирующих излучений
Биологическое действие ионизирующего излучения условно можно подразделить на:
1) первичные физико-химические процессы, возникающие в молекулах живых клеток и окружающего их субстрата;
2) нарушения функций целого организма как следствие первичных процессов.
В результате облучения в живой ткани, как и в любой среде, поглощается энергия, и возникают возбуждение и ионизация атомов облучаемого вещества. Поскольку у человека (и млекопитающих) основную часть массы тела составляет вода (около 75%), первичные процессы во многом определяются поглощением излучения водой клеток, ионизацией молекул воды с образованием высокоактивных в химическом отношении свободных радикалов типа ОН или Н и последующими цепными каталитическими реакциями (в основном окислением этими радикалами молекул белка). Это есть косвенное (непрямое) действие излучения через продукты радиолиза воды. Прямое действие ионизирующего излучения может вызвать расщепление молекул белка, разрыв наименее прочных связей, отрыв радикалов и другие денатурационные изменения.
Необходимо заметить, что прямая ионизация и непосредственная передача энергии тканям тела не объясняют повреждающего действия излучения. Так, при абсолютно смертельной дозе, равной для человека 6 Гр на все тело, в 1 см3 ткани образуется 1015 ионов, что составляет одну ионизованную молекулу воды из 10 млн. молекул.
В дальнейшем под действием первичных процессов в клетках возникают функциональные изменения, подчиняющиеся уже биологическим законам жизни и гибели клеток.
Наиболее важные изменения в клетках: а) повреждение механизма митоза (деления) и хромосомного аппарата облученной клетки. Причем самые ранние эффекты в клетках вызываются не митотической гибелью, а обычно связаны с повреждением мембран; б) блокирование процессов обновления и дифференцировки клеток; в) блокирование процессов пролиферации и последующей физиологической регенерации тканей.
Наиболее радиочувствительными являются клетки постоянно обновляющихся (дифференцирующихся) тканей некоторых органов (костный мозг, половые железы, селезенка и т. п.) Причем стволовые и пролиферативные клетки, претерпевающие множество делений, наиболее радиочувствительны. Изменения на клеточном уровне, гибель клеток приводят к таким нарушениям в тканях, в функциях отдельных органов и в межорганных взаимосвязанных процессах организма, которые вызывают различные последствия для организма или гибель организма [8].
Биологическое действие радионуклидов, попавших внутрь организма
Повышенная опасность радионуклидов, попавших внутрь организма, обусловлена несколькими причинами. Одна из них — способность некоторых нуклидов избирательно накапливаться в отдельных органах тела, называемых критическими (например, до 30% йода депонируется в щитовидной железе, которая составляет только 0,03 % массы тела), и, таким образом, отдавать свою энергию относительно небольшому объему ткани. Другая причина — значительная продолжительность облучения до момента выведения нуклида из органа или уменьшения активности вследствие радиоактивного распада нуклида. Скорость биологического выведения (при допущении, что выведение радиоактивных веществ из органов происходит по экспоненциальному закону) характеризуется постоянной λб , а эффективная скорость — суммой постоянных λэф = λб +λр, где λр — постоянная радиоактивного распада. Тогда эффективный период полувыведения нуклида из организма равен:
Туд = 0,693/λуд = Тα ⋅Т1/ 2 /Тα +Т1/ 2 , (4)
Третья причина — рост опасности воздействия высокоионизирующих α и β излучений, которые не действенны или малодейственны для внутренних органов при внешнем облучении ввиду низкой проникающей способности.
Рассматриваются три пути проникновения радиоактивных веществ в организм: через органы дыхания, через ЖКТ и через кожу или повреждения кожи. Этими путями нуклиды вначале попадают в кровь, а затем потоком крови разносятся по всему телу или преимущественно в критические органы.
В некоторых случаях критическим органом становится ЖКТ, его отдельные участки, а также легкие.