WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 |
ХИМИЯ ХИМИЯ ИОНИЗИРУЮЩЕЕ ИЗЛУЧЕНИЕ И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА С. С. БЕРДОНОСОВ, Ю. А. САПОЖНИКОВ Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова ВВЕДЕНИЕ На каждого из нас постоянно действуют инфракрасные IONIZING RADIATION лучи, видимый свет, ультрафиолетовые (УФ) лучи. Их AND ENVIRONMENT прохождение через воздух не сопровождается появлением в нем ионов, поэтому их не относят к ионизируюS. S. BERDONOSOV, щим излучениям. В спектре электромагнитного излучеYu. A. SAPOZHNIKOV ния (рис. 1) за УФ-лучами расположено рентгеновское излучение.

Natural and technological sources of ionizing Чуть более 100 лет назад было открыто существоваradiation in environment are described. The ние в природе радиоактивных атомов. В сопровождаюeffect of small doses of ionizing radiation on щем распад ядер этих атомов излучении были обнаруhuman health is discussed.

жены -частицы ( -лучи) – ядра гелия-4 (4He). Их 2 испускают, например, ядра атомов урана 238U и 235U, а Рассмотрены природные и техногенные ис- также тория 232Th. Другие радиоактивные ядра, например ядра природных атомов калия 40К и искусственно точники ионизирующего излучения в окруполучаемых атомов стронция 90Sr, испускают при расжающей среде. Обсуждено влияние малых паде -частицы – электроны. Электроны е возникают в доз ионизирующего излучения на здоровье ядрах при превращении одного из нейтронов n в прочеловека. тон р: n = p + e + ; будет объяснено позже.

- и -Распады часто сопровождаются испусканием -лучей ( -квантов), относящихся к электромагнитному излучению и обладающих еще большей проникающей способностью, чем лучи Рентгена. Прохождение через газ, в том числе и через воздух, - и -частиц, а также рентгеновского и -излучения сопровождается ионизацией (в разной степени) молекул газов. Поэтому эти виды излучения относят к ионизирующему излучению.

ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ТЕХНОГЕННЫЕ РАДИОНУКЛИДЫ Источником ионизирующих излучений могут служить различные радионуклиды. Напомним, что нуклид – это вид атомов с определенным числом протонов и нейтронов в ядре. Если ядра атомов нуклида радиоактивны, то его называют радионуклидом. К числу радионуклидов в окружающей среде принадлежат атомы таких тяжелых химических элементов, как уран U и торий Th. Распадаются уран и торий очень медленно.

Скорость распада характеризуют периодом полурасwww.issep.rssi.ru пада Т1/2 – временем, за которое распадается половина из имевшихся первоначально ядер радионуклида. Для СОРОСОВСКИЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЖУРНАЛ, ТОМ 7, №2, Бердоносов С.С., Сапожников Ю.А., © ХИМИЯ Гамма-лучи Ультразвуковые, радио- и микроУФволны лучи Космические лучи Инфракрасные Рентгеновские лучи Волны Герца лучи Солнечная радиация, достигающая Земли Рис. 1. Спектр электромагнитного излучения. Чем левее на этом спектре находится положение излучения, тем большей проникающей способностью оно обладает 238 235 природных радионуклидов U, U и Th значе- Содержание радионуклида в объекте характеризуния Т1/2 равны соответственно 4,47 109; 7,04 108 и 1,4 ют через его активность. Единица активности – 1 бек 1010 лет. керель (1 Бк), 1 Бк отвечает одному распаду в 1 с. Ранее единицей активности было 1 кюри (1 Ки), 1 Ки = 3,Возникающие при радиоактивном распаде этих 1010 Бк. Сведения о средней активности К в воде, материнских ядер дочерние ядра, например 210Ро, 226Ra, почве и некоторых продуктах питания приведены ниже и 222Rn, обладают значительно меньшими значениями Т1/2 (вплоть до десятитысячных долей секунды). ДочерУдельные активности по 40К воды, ние радионуклиды вместе с материнскими образуют почвы и некоторых продуктов питания радиоактивные ряды, конечные продукты которых – стабильные атомы свинца. Хотя значения Т1/2 дочерних Бк/л или Бк/кг радионуклидов и невелики, они постоянно образуются Вода питьевая 0,1–0,при распаде предшественников и с постоянной скороМорская вода 6–стью распадаются, так что в земной коре все они содерПочвы Нечерноземья 350–жатся в неизменных, правда в значительно меньших, Пшеница 90–чем материнские, количествах.

Молоко 35–Подвижность многих дочерних радионуклидов (наКорнеплоды и клубни картофеля 100–пример, радона) в земной коре значительно выше, чем Фрукты 50–материнских. Поэтому эти радионуклиды оказываются Овощи 40–вездесущими и в рассеянном состоянии присутствуют Мясо 80–практически всюду. Ионизирующее излучение дочерРыба 90–них радионуклидов вносит заметный вклад в радиационный фон (фон ионизирующего излучения) Земли.

Естественные радиоактивные изотопы обнаружеОсобенно велика роль в радиационном воздействии на ны не только у калия, но и у таких элементов, как рубичеловека входящего в ряд 238U радионуклида 222Rn.

дий (87Rb), индий (115In), лантан (138La), у некоторых Наряду с радионуклидами тяжелых элементов в лантаноидов, у гафния (174Hf), тантала (180Ta) и платины природе существуют и радионуклиды некоторых эле- (190Pt). Значения Т1/2 этих радионуклидов, как правило, ментов середины Периодической системы Д.И. Мен- велики и составляют 1012–1014 лет. Поэтому радиоделеева. Наибольшее значение среди них имеет К активность веществ, содержащих эти элементы, очень (Т1/2 = 1,29 109 лет), входящий в смесь природных изо- низкая, и их ионизирующее излучение практически не топов калия. На долю 40К в ней приходится 0,012%. Ка- влияет на живые организмы. Так что можно совершенлий – один из самых распространенных элементов но не беспокоиться, например, о вреде для здоровья платинового ювелирного изделия, всегда содержащего земной коры. Растения усваивают необходимый для их радионуклид 190Pt.

питания калий (и, следовательно, 40К) из почвы. Далее по пищевым цепям 40К попадает в организмы живот- Указанные естественные радионуклиды имеют ных и человека. земное происхождение (их называют терригенными).



БЕРДОНОСОВ С.С., САПОЖНИКОВ Ю.А. ИОНИЗИРУЮЩЕЕ ИЗЛУЧЕНИЕ И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА 10 см 10 см 10 см 0,01 см 1 см 10000 м 100000 м 3 кГц 30 кГц 30000 МГц ХИМИЯ Однако существуют и естественные радионуклиды, об- также небольшие количества 131I, трития и некоторых разующиеся под действием постоянно попадающего на других радионуклидов.

Землю космического излучения, поступающего как из В результате произошло загрязнение окружающей глубин космоса, так и от Солнца. Эти радионуклиды среды техногенными радионуклидами, особенно такиназывают космогенными.

ми, как 90Sr, 137Cs, 131I, 129I, 85Kr, а также радионуклидами некоторых трансурановых элементов (табл. 1).

В состав первичного космического излучения входят протоны высоких энергий и ядра некоторых легких Таблица 1. Важнейшие природные и техногенные радионукэлементов. При взаимодействии этого космического лиды, обусловливающие радиационный фон на поверхности излучения с ядрами атомов, присутствующими в атмоЗемли сфере Земли, протекает множество ядерных реакций. В результате образуются ядра новых легких элементов, а Природные радионуклиды Техногенные радиотакже мюоны, нейтроны, рентгеновское и -излучение.

нуклиды терригенные космогенные Это так называемое вторичное космическое излучение, 40 3 К, 210Po, 222Rn, 226Ra, H, 14C, 32P и др. H, 90Sr, 85Kr, 131I, достигающее поверхности Земли. С участием нейтро232 Th, 235U, 238U и др. Cs, 144Ce, 239Pu и др.

нов вторичного космического излучения в атмосфере возникают, например, радиоактивные ядра 14С (Т1/2 = = 5730 лет), а также тритий 3Н и 32Р. Воздействие на жиМожно отметить, что к загрязнению атмосферы вые организмы вторичного космического излучения радионуклидами приводит и работа тепловых электроболее слабое, чем первичного, так что атмосфера выстанций, сжигающих каменный уголь. Он всегда соступает как щит, прикрывающий жизнь на Земле от держит небольшие примеси урана, тория и продуктов вредных посланцев космоса. При прохождении космиих распада, и при сжигании топлива эти радионуклиды ческого излучения через атмосферу происходит ионичастично переходят в аэрозоли и попадают в атмосфезация молекул газов, так что оно может быть отнесено ру. К загрязнению почвы радионуклидами может прик ионизирующему излучению. Излучение терригенных водить даже использование фосфорных минеральных и космогенных радионуклидов, а также само космичеудобрений. Примеси урана и тория всегда есть в исходское излучение постоянно воздействует на все живое ном сырье (например, в апатите), которое используют нашей планеты.

при производстве этих удобрений. При переработке сырья радионуклиды частично переходят в удобрения, В 40-х годах ХХ века в результате освоения энергии а из них и в почвы.

атомного ядра были созданы ядерные реакторы, в которых происходит расщепление ядер 235U или 239Pu на К загрязнению техногенными радионуклидами океядра более легких элементов. При работе ядерных реакана привело и то, что в некоторых странах высокорадиоторов образуются не существующие в природе радиоактивные отходы ЯТЦ длительное время сбрасывали в нуклиды более 40 элементов Периодической системы океан в специальных контейнерах (США) или по тру(эти радионуклиды называют техногенными). С 1945 гобам (Великобритания). Из-за этого некоторые моря, да до начала 60-х годов такие страны, как США, СССР, особенно Ирландское и Северное, подверглись заметВеликобритания, а позже Франция и Китай, провели ному радиоактивному загрязнению. Загрязнение Мибольшое число испытаний ядерного оружия, что прирового океана может неблагоприятно сказаться прежде вело к загрязнению техногенными радионуклидами всего на жизнедеятельности фитопланктона, от норокружающей среды в глобальном масштабе. К попадамального существования которого во многом зависит нию радионуклидов в окружающую среду привела и жизнь на Земле. Поэтому в настоящее время введены работа предприятий так называемого ядерного топливстрогие ограничения на сброс в океан радиоактивных ного цикла (ЯТЦ). Эти предприятия включают добычу отходов.

урановых руд и извлечение из них урана, изготовление Если попавший в окружающую среду 239Pu прочно тепловыделяющих элементов (твэлов), собственно ядерфиксируется почвами и практически не переходит в ные реакторы, а также заводы по переработке отрабопищевые цепи, то такие радионуклиды, как 137Cs, 131I и танных твэлов, извлечению из них радиоактивных отособенно Sr, по различным пищевым цепям могут ходов и регенерации ядерного топлива.

оказаться в организме человека. Так как некоторые раКонечно, ядерные реакторы конструируют так, дионуклиды способны концентрироваться в опредечтобы предотвратить попадание техногенных радио- ленных органах человека (например, 90Sr в костях, а 131I нуклидов в окружающую среду. Но даже при безава- в щитовидной железе), то их накопление в этих органах рийной работе реакторов в окружающую среду посту- может привести к тяжелым заболеваниям (например, пают радиоактивный газ криптон (радионуклид 85Kr), а раку щитовидной железы).

СОРОСОВСКИЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЖУРНАЛ, ТОМ 7, №2, ХИМИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ вом числе прошедших через организм частиц обоих виРАДИОНУКЛИДОВ С ЖИВЫМИ дов и их равной исходной энергии вред от воздействия -частиц меньше.

ОРГАНИЗМАМИ -Лучи обладают намного более высокой проникаУстановлено, что различные виды ионизирующего изющей способностью. Они проходят через ткани тела на лучения воздействуют на организмы по-разному. Хазначительно большие расстояния, чем - или -частирактер воздействия в значительной степени зависит от цы. Поэтому, если -излучатель находится внутри оргатого, находится ли радионуклид внутри организма (то низма, испускаемое им -излучение поглощается в оресть организм подвергается внутреннему облучению) ганизме обычно только частично (производя в нем при или он расположен вне организма (внешнее облучение).





поглощении те же разрушения, что и - или -излучеРассмотрим сначала, в чем состоит воздействие на ние). Частично же -излучение покидает организм. Раорганизм -частиц. -Частицы (ядра 4He ) из-за своего зумеется, эта его часть вредного воздействия на оргасравнительно большого заряда (+2) и большой массы низм не оказывает. Вред от -излучения в большой испытывают частые столкновения с молекулами и атостепени может проявиться при внешнем облучении, мами среды и растрачивают всю энергию на небольдаже тогда, когда источник -излучения расположен от шом пути. Поэтому длина пробега -частиц в воздухе организма на большом расстоянии и находится, нане превышает 10 см, а путь, который они проходят в пример, за бетонной стеной.

тканях человека, составляет десятые доли миллиметра.

Из сказанного понятно, что вредное воздействие Понятно, что если источник -частиц расположен, наионизирующего излучения вызвано тем, что его энерпример, на расстоянии 1 м от человека, то до него они гия передается организму. А если излучение проходит просто не долетят, как бы ни была велика активность через организм, не оставляя в нем своей энергии, то источника. Поэтому роль -радиоактивных нуклидов никакого вредного воздействия оно не оказывает. Так во внешнем облучении организма ничтожна.

ведут себя нейтрино и их аналоги – антинейтрино, Но если такой радионуклид попал внутрь организма возникающие при превращениях нейтронов в прото(с воздухом, водой или пищей), то вся энергия -частиц ны. По современным представлениям каждого из нас будет израсходована на небольшом отрезке, причем постоянно пронзают мощные потоки нейтрино и антивстретившиеся на их пути молекулы будут разрушены нейтрино, но абсолютно никакого воздействия на жи(превратятся в ионы или нейтральные химически вые организмы они не оказывают.

очень активные частицы, свободные радикалы). Свободные радикалы вступают в новые химические реакДОЗА ИЗЛУЧЕНИЯ И ЕЕ ИЗМЕРЕНИЕ ции с молекулами, составляющими организм. Эти реакции носят цепной характер. В результате в организме Для того чтобы охарактеризовать воздействие ионизинакапливаются заметные количества чужеродных, час- рующего излучения на организм, используют понятие то сильно ядовитых веществ. Конечно, прохождение дозы. Доза ионизирующего излучения – это энергия, через организм одной или даже десяти -частиц вреда которую излучение передает тому телу, через которое не принесет – слишком мало число образовавшихся оно проходит. Единица поглощенной дозы Дпогл 1 грей при этом свободных радикалов и ионов. Но если число (1 Гр), 1 Гр отвечает поглощению 1 Дж в 1 кг вещества.

попавших в организм ядер -радионуклида велико, Парадокс состоит в том, что энергия, отвечающая может наступить его серьезное поражение – лучевая поглощению организмом человека, например, дозы болезнь.

в 1 Гр, сама по себе очень мала, а вот вредное воздейстВажное значение имеет и то, что при прохождении вие она оказывает значительное (возможно даже появ -частиц через клетки организма (впрочем, похожее ление лучевой болезни). Между тем с точки зрения повоздействие оказывают -частицы и -лучи) в них могут глощенной энергии доза в 1 Гр отвечает, например, происходить нежелательные нарушения (мутации) на- тому, что человек выпил чайную ложку воды с темпераследственных структур. Эти нарушения могут стать при- турой около 55° С. Понятно, что температура тела при чиной онкологических и наследственных заболеваний. этом практически не изменится и никакого вреда человеку не принесет.

Вредное воздействие на организм -частицы могут оказать как при внутреннем, так и при внешнем облу- Ученые объяснили, почему в случае воздействия на чении (когда радионуклид находится вне организма). организм даже небольших доз возможны тяжелые поДлина пробега -частиц в тканях организма значитель- следствия: все дело в образующихся под действием но больше, чем -частиц. При этом разрушенные мо- излучения ионах, и особенно свободных радикалах.

лекулы располагаются не так близко друг к другу, как в Вредное воздействие поглощенного ионизирующего случае воздействия -частиц, и поэтому при одинако- излучения зависит от того, каким типом излучения БЕРДОНОСОВ С.С., САПОЖНИКОВ Ю.А. ИОНИЗИРУЮЩЕЕ ИЗЛУЧЕНИЕ И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА ХИМИЯ обусловлена доза. Вредный эффект поглощенной дозы Из-за того, что абсолютные значения энергий, при в 0,1 Гр от -радионуклида значительно сильнее, чем от которых уже проявляется вредное действие излучения такой же дозы, связанной с поглощением -, - или на организм, довольно малы, измерить их довольно рентгеновского излучения. Для характеристики разли- сложно. Поэтому используют понятие так называемой чий воздействия на организм ионизирующего излуче- экспозиционной дозы Дэксп. При этом речь идет не об ния разных типов используют понятие эффективной измерении энергии, поглощенной организмом, а о хадозы Дэфф. Дэфф = WR Дпогл (коэффициент WR отражает рактеристике излучения по вызываемому им эффекту эффективность биологического воздействия излуче- ионизации воздуха. Для измерения возникающей элекния). Значение WR для - и -излучения равно 1, а для тропроводности газа созданы довольно простые при -излучения – 20. Единица эффективной дозы – 1 зи- боры (например, счетчик Гейгера–Мюллера).

верт (1 Зв).

Pages:     || 2 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.