Глава 4. Допустимые дозы и защита от ядерных излучений

Излучения в природе (радиоактивный фон)

Человек живет в радиоактивном мире и потому, хочет ли он этого или нет, независимо от рода его занятий, подвергается непрерывному действию ядерных излучений, исходящих от окружающей его природы. Эта доза облучения, получаемая человеком от природных источников, носит название природного, или естественного, фона облучения.

Природный фон облучения невелик, и повышенный интерес ученых к нему возник сравнительно недавно - в основном после того, как человек научился управлять энергией атома. И возник он не случайно. По мере дальнейшего расширения областей применения атомной энергии, радиоактивных изотопов и источников излучений все более стал расширяться круг лиц, подвергающихся действию этих излучений. Сразу же возник вопрос: какие дозы облучения безопасны для человека и какие представляют опасность? Вопрос этот оказался, однако, далеко не простым.

Коварная особенность рентгеновских лучей и ядерных излучений в том, что они не вызывают непосредственных болевых ощущений и между облучением и проявлением физиологических изменений в облученном организме может пройти значительный срок, измеряемый в ряде случаев многими годами. Вот тут-то и оказывается полезным знание природного фона облучения человека.

Дело в том, что радиоактивные элементы на Земле возникли задолго до появления на ней живых существ и, следовательно, с самого зарождения жизни организмы всех живых существ, в том числе и человека, непрерывно подвергались действию природного фона облучения. Имеющиеся в науке данные позволяют утверждать, что интенсивность природного фона облучения существенно не изменилась, во всяком случае за несколько последних десятков тысяч лет. Естественно допустить, что доза, которой человек облучается в течение многих тысячелетий, безопасна, поскольку за такой длительный срок организм человека должен был приспособиться к природному фону облучения.

Природный фон обусловлен источниками излучения, находящимися как вне, так и внутри человека. И внешнее, и внутреннее облучения имеют свои характерные особенности, поэтому мы рассмотрим их отдельно.

Источники внешнего облучения человека - радиоактивные вещества, содержащиеся в почве, окружающих нас горных породах, воздухе, строительных материалах, из которых построены наши жилища, и, наконец, лучи, приходящие к нам из глубин мирового пространства и носящие название космических лучей. Радиоактивные вещества, находящиеся вне организма (почва, горные породы, стройматериалы и др.), излучают все три вида радиоактивных излучений - альфа-; бета- и гамма-лучи. Из них только гамма-лучи принимаются в расчет при определении дозы, получаемой человеком. Малая проникающая способность бета- и особенно альфа-лучей является причиной того, что подавляющая часть их поглощается воздухом, органическими веществами, находящимися на поверхности земли, верхними слоями строительных материалов, одеждой человека и только незначительное количество их попадает на тело человека, да и оно поглощается поверхностным слоем кожи.

Многочисленные измерения, проведенные в различных местах земного шара, показывают, что за счет радиоактивных веществ, содержащихся в грунте и горных породах, человек получает в среднем дозу 1 - 2,4 мрад в неделю, или 50 - 130 мрад в год. Меньшие значения получены над уровнем моря, большие - над горными породами вулканического происхождения. Зимой эта величина меньше, чем летом, так как слой снега в 30 см уже снижает вдвое интенсивность гамма-излучения.

На земном шаре есть, однако, места, в которых природный уровень облучения значительно превосходит приведенные выше значения. Так, в Индии (штаты Керала и Мадрас) имеется узкая полоса земли шириной всего в несколько сотен метров, а длиной около 200 км. покрытая монацитными песками, содержащими значительное количество радиоактивного тория. Мощность дозы в пределах полосы составляет 130 - 2800 мрад/год. Такому облучению подвергается около 100 тыс. человек, живущих в пределах полосы. Аналогичные явления можно наблюдать в Бразилии (штаты Миранас, Жояс и Гояс), где годичная доза внешнего облучения доходит до 12 рад. Повышенный фон встречается и в других местах земного шара.

Большинство людей проводят значительную часть своей жизни в закрытых помещениях. Получают ли они при этом большую или меньшую дозу, чем те, кто находится на открытом месте? С одной стороны, стены домов должны защищать их от излучения грунта и горных пород, с другой - ряд строительных материалов (кирпич, бетон и др.) содержит в себе некоторое количество радиоактивных веществ. Чтобы ответить на этот вопрос, в 1954/55 г. в Швеции были проведены измерения природного фона облучения в 986 квартирах, расположенных в 677 домах, выбранных в 13 городах. Дома были построены до 1946 г., т. е. до начала массовых испытаний ядерного оружия. Данные измерений показали, что в деревянных домах мощность дозы несколько меньше, а в кирпичных и бетонных несколько больше, чем на открытом воздухе. Наибольшие значения фона получены в зданиях, построенных из гранита.

В атмосферном воздухе всегда содержится некоторое количество радиоактивных веществ - гамма-излучателей. Это радон, выделяющийся из радия, содержащегося в земной коре, продукты его распада, радиоактивные аэрозоли, образующиеся при выветривании горных пород, и радиоактивные изотопы, возникшие в воздухе под действием космических лучей. Доза, создаваемая всеми источниками, невелика и составляет в среднем около 0,013 мрад в неделю.

Наконец, к перечисленным источникам внешнего облучения человека необходимо добавить дозу, полученную за счет космических лучей. Для местности, расположенной в средних широтах (широта 50°), эта доза составляет около 50 мрад в год на уровне моря, значительно возрастая с высотой. На высоте 1 км над уровнем моря она возрастала до 90 мрад в год, а на высоте 5 км - до 800 мрад в год.

Кроме внешнего облучения организм человека подвергается еще внутреннему, источником которого являются радиоактивные изотопы, входящие в состав организма. Это - К⁴⁰, содержащийся преимущественно в нервной и мышечной ткани, радий, отлагающийся в костной ткани, газообразные продукты распада радона, накапливающиеся в дыхательных путях, и радиоактивные изотопы углерода - С¹⁴, рубидия - Rb⁸⁷ и полония - Ро²¹⁰.

Внутреннее облучение по сравнению с внешним отличается рядом особенностей:

1. Если при внешнем облучении учитывалось только гамма-излучение, то при внутреннем основное действие оказывают альфа- и бета-излучения, имеющие возможность действовать непосредственно на жизненно важные ткани и органы человека.

2. Большинство радиоактивных изотопов накапливается в определенных тканях, что приводит к неравномерному облучению отдельных частей организма.

3. Внутреннее облучение действует все время, пока радиоактивные вещества находятся внутри организма.

Данные радиобиологических исследований показывают, что не все органы и ткани человеческого организма обладают одинаковой чувствительностью к облучению. Наиболее чувствительны гонады - половые железы и органы кроветворения. Поэтому помимо общей дозы облучения, получаемой человеком, необходимо также знать дозу, получаемую гонадами.

В приведенной ниже таблице представлены последние данные Научного комитета ООН по действию атомной радиации - мощности доз внешнего и внутреннего облучения от естественных источников в районах, не обладающих повышенным фоном радиоактивности^*. В таблице отдельно показана доза, полученная за счет альфа-частиц и нейтронов, обладающих большей биологической эффективностью, чем гамма-лучи и бета-частицы.

^* (IV Доклад Научного комитета ООН по атомной радиации. "Атомная энергия", 1967, т. 23, № 3, стр. 270.)

Таблица 3. Годичные дозы, получаемые организмом человека в результате внешнего и внутреннего облучения от естественных источников

Приведенные данные для внешнего облучения могут изменяться в зависимости от географических условий. В этом отношении представляют интерес результаты измерения годовых доз фонового внешнего облучения для групп населения отдельных городов СССР^*. Жители Баку, Владивостока, Еревана, Кишинева, Сочи, Якутска получают в год в среднем 60 - 80 мрад; Киева, Москвы, Новосибирска, Таллина, Тбилиси, Вильнюса - 80 - 100; Ашхабада, Иркутска, Львова, Минска, Риги - 100 - 120, Душанбе, Ленинграда, Ташкента - 120 - 140; Севастополя - 45 мрад.

^* (Н. А. Бочвар, А. А. Моисеев, Т. И. Просина, В. В. Якубик. Измерение фонового облучения населения городов СССР "Атомная энергия", 1967, т. 22, № 1, стр. 59.)