Радиоактивное загрязнение , также называемое радиологическим загрязнением , представляет собой отложение или присутствие радиоактивных веществ на поверхностях или внутри твердых тел, жидкостей или газов (включая тело человека), где их присутствие является непреднамеренным или нежелательным (согласно определению Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ)). [3]
Такое загрязнение представляет опасность, поскольку радиоактивный распад загрязняющих веществ производит ионизирующее излучение (а именно альфа- , бета- , гамма-лучи и свободные нейтроны ). Степень опасности определяется концентрацией загрязняющих веществ, энергией испускаемого излучения, типом излучения и близостью загрязнения к органам тела. Важно ясно понимать, что загрязнение приводит к радиационной опасности, а термины «излучение» и «загрязнение» не являются взаимозаменяемыми.
Источники радиоактивного загрязнения можно разделить на две группы: естественные и искусственные. После выброса ядерного оружия в атмосферу или нарушения герметичности ядерного реактора воздух, почва, люди, растения и животные поблизости будут загрязнены ядерным топливом и продуктами деления . Пролитый флакон с радиоактивным материалом , таким как уранилнитрат, может загрязнить пол и любые тряпки, используемые для вытирания разлива. Случаи широко распространенного радиоактивного загрязнения включают атолл Бикини , завод Роки-Флэтс в Колорадо, район вблизи ядерной катастрофы Фукусима-1 , район вблизи катастрофы на Чернобыльской АЭС и район вблизи катастрофы на Маяке .
Источники радиоактивного загрязнения могут быть естественными и искусственными.
Радиоактивное загрязнение может быть вызвано различными причинами. Оно может произойти из-за выброса радиоактивных газов, жидкостей или частиц. Например, если радионуклид, используемый в ядерной медицине, проливается (случайно или, как в случае аварии в Гоянии , по незнанию), материал может распространяться людьми, когда они ходят.
Радиоактивное загрязнение может также быть неизбежным результатом определенных процессов, таких как выброс радиоактивного ксенона при переработке ядерного топлива . В случаях, когда радиоактивный материал невозможно удержать, его можно разбавить до безопасных концентраций. Для обсуждения загрязнения окружающей среды альфа -излучателями см. актиниды в окружающей среде .
Ядерные осадки — это распределение радиоактивного загрязнения в результате 520 атмосферных ядерных взрывов , произошедших с 1950-х по 1980-е годы.
В ядерных авариях мера типа и количества выброшенной радиоактивности, например, при отказе защитной оболочки реактора, известна как источник. Комиссия по ядерному регулированию США определяет это как «Типы и количество радиоактивных или опасных материалов, выброшенных в окружающую среду после аварии». [7]
Загрязнение не включает остаточный радиоактивный материал, остающийся на объекте после завершения вывода из эксплуатации . Поэтому радиоактивный материал в запечатанных и обозначенных контейнерах не может быть правильно назван загрязнением, хотя единицы измерения могут быть теми же.
Локализация является основным способом предотвращения попадания загрязнений в окружающую среду или контакта с людьми или их попадания в организм человека.
Нахождение в пределах предполагаемого Контейнмента отличает радиоактивный материал от радиоактивного загрязнения . Когда радиоактивные материалы концентрируются до обнаруживаемого уровня за пределами контейнмента, пораженная область обычно называется «загрязненной».
Существует большое количество методов сдерживания радиоактивных материалов, чтобы они не распространялись за пределы оболочки и не загрязнялись. В случае жидкостей это достигается путем использования высоконадежных резервуаров или контейнеров, обычно с системой отстойников, чтобы утечку можно было обнаружить с помощью радиометрических или обычных приборов.
Если материал может попасть в воздух, широко используется перчаточный бокс , который является распространенной техникой в опасных лабораторных и технологических операциях во многих отраслях промышленности. Перчаточные боксы находятся под небольшим отрицательным давлением, а отходящий газ фильтруется в высокоэффективных фильтрах, которые контролируются радиологическими приборами для обеспечения их правильного функционирования.
Различные радионуклиды встречаются в природе в окружающей среде. Такие элементы, как уран и торий , а также продукты их распада присутствуют в горных породах и почве. Калий-40 , первичный нуклид , составляет небольшой процент всего калия и присутствует в организме человека. Другие нуклиды, такие как углерод-14 , который присутствует во всех живых организмах, постоянно создаются космическими лучами .
Эти уровни радиоактивности представляют небольшую опасность, но могут сбить с толку измерения. Особая проблема возникает с естественным газом радоном , который может повлиять на приборы, настроенные на обнаружение загрязнения, близкого к нормальному фоновому уровню, и может вызывать ложные тревоги. Из-за этого оператору оборудования для радиологического обследования требуется умение различать фоновое излучение и излучение, которое исходит от загрязнения.
Природные радиоактивные материалы (ПРМ) могут быть вынесены на поверхность или сконцентрированы в результате деятельности человека, такой как добыча полезных ископаемых, нефти и газа, а также потребление угля.
Радиоактивное загрязнение может присутствовать на поверхностях или в объемах материалов или воздуха, и для измерения уровней загрязнения используются специальные методы путем обнаружения испускаемого излучения.
Мониторинг загрязнения полностью зависит от правильного и надлежащего размещения и использования приборов радиационного контроля.
Поверхностное загрязнение может быть фиксированным или «свободным». В случае фиксированного загрязнения радиоактивный материал по определению не может распространяться, но его излучение все еще можно измерить. В случае свободного загрязнения существует опасность распространения загрязнения на другие поверхности, такие как кожа или одежда, или попадания в воздух. Бетонную поверхность, загрязненную радиоактивностью, можно срезать на определенную глубину, удалив загрязненный материал для утилизации.
Для профессиональных работников устанавливаются контролируемые зоны, где может быть опасность заражения. Доступ в такие зоны контролируется различными барьерными методами, иногда с использованием смены одежды и обуви по мере необходимости. Загрязнение в контролируемой зоне обычно регулярно контролируется. Приборы радиационной защиты (RPI) играют ключевую роль в мониторинге и обнаружении любого потенциального распространения загрязнения, и часто устанавливаются комбинации ручных приборов для обследования и стационарных мониторов зоны, таких как мониторы аэрозольных частиц и мониторы гамма-излучения зоны. Обнаружение и измерение поверхностного загрязнения персонала и оборудования обычно осуществляется счетчиком Гейгера , сцинтилляционным счетчиком или пропорциональным счетчиком . Пропорциональные счетчики и двухфосфорные сцинтилляционные счетчики могут различать альфа- и бета-загрязнение, но счетчик Гейгера не может. Сцинтилляционные детекторы, как правило, предпочтительны для ручных приборов мониторинга и разработаны с большим окном обнаружения, чтобы ускорить мониторинг больших площадей. Детекторы Гейгера, как правило, имеют небольшие окна, которые больше подходят для небольших площадей загрязнения.
Распространение загрязнения персоналом, покидающим контролируемые зоны, в которых используются или обрабатываются ядерные материалы, контролируется специализированными установленными приборами контроля выхода, такими как зонды для досмотра, мониторы загрязнения рук и мониторы выхода всего тела. Они используются для проверки того, что лица, покидающие контролируемые зоны, не несут загрязнения на своих телах или одежде.
В Соединенном Королевстве HSE выпустила руководство для пользователя по выбору правильного портативного прибора для измерения радиации для соответствующего применения. [8] Оно охватывает все технологии приборов для измерения радиации и является полезным сравнительным руководством для выбора правильной технологии для типа загрязнения.
NPL Великобритании публикует руководство по уровням тревоги, которые следует использовать с приборами для проверки персонала, выходящего из контролируемых зон, в которых может быть обнаружено загрязнение. [9] Поверхностное загрязнение обычно выражается в единицах радиоактивности на единицу площади для альфа- или бета-излучателей. Для СИ это беккерели на квадратный метр (или Бк/м 2 ). Могут использоваться и другие единицы, такие как пикокюри на 100 см 2 или распады в минуту на квадратный сантиметр (1 dpm/см 2 = 167 Бк/м 2 ).
Воздух может быть загрязнен радиоактивными изотопами в форме частиц, что представляет особую опасность при вдыхании. Респираторы с подходящими воздушными фильтрами или полностью автономные костюмы с собственной подачей воздуха могут смягчить эти опасности.
Загрязнение воздуха измеряется специальными радиологическими приборами, которые непрерывно прокачивают отобранный воздух через фильтр. Воздушные частицы накапливаются на фильтре и могут быть измерены несколькими способами:
Обычно используется полупроводниковый датчик обнаружения радиации, который также может предоставлять спектрографическую информацию о собираемом загрязнении.
Особая проблема с мониторами загрязнения воздуха, предназначенными для обнаружения альфа-частиц, заключается в том, что природный радон может быть довольно распространенным и может проявляться как загрязнение, когда ищутся низкие уровни загрязнения. Современные приборы, следовательно, имеют «компенсацию радона» для преодоления этого эффекта.
Радиоактивное загрязнение может попасть в организм через пищеварение , вдыхание , абсорбцию или инъекцию . Это приведет к получению ожидаемой дозы .
По этой причине важно использовать средства индивидуальной защиты при работе с радиоактивными материалами. Радиоактивное загрязнение может также попадать в организм в результате употребления в пищу зараженных растений и животных или питья зараженной воды или молока от зараженных животных. После серьезного инцидента с загрязнением следует рассмотреть все потенциальные пути внутреннего облучения.
Хелатотерапия и другие методы лечения, успешно применяемые на Гарольде МакКласки , существуют для лечения внутреннего радионуклидного заражения. [10]
Очистка загрязнения приводит к радиоактивным отходам , если радиоактивный материал не может быть возвращен для коммерческого использования путем переработки . В некоторых случаях больших площадей загрязнения загрязнение может быть смягчено путем захоронения и покрытия загрязненных веществ бетоном, почвой или камнем, чтобы предотвратить дальнейшее распространение загрязнения в окружающую среду. Если тело человека загрязнено в результате приема внутрь или травмы, и стандартная очистка не может уменьшить загрязнение дальше, то человек может быть постоянно загрязнен. [ необходима цитата ]
Продукты для контроля загрязнения использовались Министерством энергетики США (DOE) и коммерческой ядерной промышленностью в течение десятилетий для минимизации загрязнения радиоактивного оборудования и поверхностей и фиксации загрязнения на месте. «Продукты для контроля загрязнения» — это широкий термин, который включает фиксаторы, удаляемые покрытия и дезактивирующие гели . Фиксирующий продукт функционирует как постоянное покрытие для стабилизации остаточного рыхлого/переносимого радиоактивного загрязнения путем его фиксации на месте; это помогает предотвратить распространение загрязнения и снижает вероятность попадания загрязнения в воздух, снижая воздействие на рабочую силу и облегчая будущие мероприятия по дезактивации и выводу из эксплуатации (D&D). Продукты для удаления покрытия неплотно приклеиваются к пленкам, похожим на краску, и используются из-за их дезактивационных свойств. Они наносятся на поверхности со рыхлым/переносимым радиоактивным загрязнением, а затем, после высыхания, снимаются, что удаляет рыхлое/переносимое загрязнение вместе с продуктом. Остаточное радиоактивное загрязнение на поверхности значительно уменьшается после удаления удаляемого покрытия. Современные снимаемые покрытия демонстрируют высокую эффективность дезактивации и могут конкурировать с традиционными механическими и химическими методами дезактивации. Гели для дезактивации работают во многом так же, как и другие снимаемые покрытия. Результаты, полученные с помощью средств контроля загрязнения, изменчивы и зависят от типа подложки, выбранного средства контроля загрязнения, загрязняющих веществ и условий окружающей среды (например, температуры, влажности и т. д.).[2]
Некоторые из крупнейших территорий, подлежащих дезактивации, находятся в префектуре Фукусима , Япония. Национальное правительство находится под давлением необходимости очистить как можно больше территорий от радиоактивности, вызванной ядерной аварией на Фукусиме в марте 2011 года, чтобы некоторые из 110 000 перемещенных лиц могли вернуться. Извлечение ключевого радиоизотопа, угрожающего здоровью ( цезия-137 ) из низкоактивных отходов также может значительно сократить объем отходов, требующих специальной утилизации. Цель состоит в том, чтобы найти методы, которые могли бы извлечь от 80 до 95% цезия из загрязненной почвы и других материалов эффективно и без разрушения органического содержимого в почве. Один из исследуемых методов называется гидротермальным взрывом. Цезий отделяется от частиц почвы, а затем осаждается феррицианидом железа ( берлинской лазурью ). Это будет единственный компонент отходов, требующий специальных мест захоронения. [11] Цель состоит в том, чтобы снизить годовую экспозицию от загрязненной среды до одного миллизиверта (мЗв) выше фона. Наиболее загрязненная территория, где дозы радиации превышают 50 мЗв/год, должна оставаться закрытой, но некоторые территории, где в настоящее время дозы менее 5 мЗв/год, могут быть дезактивированы, что позволит 22 000 жителей вернуться.
Чтобы помочь защитить людей, проживающих в географических районах, подвергшихся радиоактивному загрязнению, Международная комиссия по радиологической защите опубликовала руководство: «Публикация 111 – Применение рекомендаций Комиссии по защите людей, проживающих в районах длительного загрязнения после ядерной аварии или радиационной чрезвычайной ситуации». [12]
Опасности для людей и окружающей среды от радиоактивного загрязнения зависят от природы радиоактивного загрязнителя, уровня загрязнения и степени распространения загрязнения. Низкие уровни радиоактивного загрязнения представляют небольшой риск, но все же могут быть обнаружены с помощью радиационной аппаратуры. [ необходима цитата ] Если проводится обследование или карта загрязненной территории, случайные места отбора проб могут быть помечены их активностью в беккерелях или кюри при контакте. Низкие уровни могут быть зарегистрированы в подсчетах в минуту с использованием сцинтилляционного счетчика .
В случае низкого уровня загрязнения изотопами с коротким периодом полураспада лучшим решением может быть просто позволить материалу распасться естественным образом . Изотопы с более длительным периодом полураспада следует очищать и надлежащим образом утилизировать, поскольку даже очень низкий уровень радиации может быть опасен для жизни при длительном воздействии.
Учреждения и физические места, которые считаются загрязненными, могут быть оцеплены дозиметристом и помечены как «Загрязненная зона». Людям, приближающимся к такой зоне, обычно требуется антиконтаминационная одежда («анти-С»).
Высокие уровни загрязнения могут представлять серьезную опасность для людей и окружающей среды. Люди могут подвергаться потенциально смертельным уровням радиации, как внешне, так и внутренне, из-за распространения загрязнения после аварии (или преднамеренного инициирования ), связанной с большими количествами радиоактивного материала. Биологические эффекты внешнего воздействия радиоактивного загрязнения, как правило, такие же, как и от внешнего источника радиации, не связанного с радиоактивными материалами, например, рентгеновских аппаратов, и зависят от поглощенной дозы .
При измерении или картировании радиоактивного загрязнения на месте , любое место, которое кажется точечным источником радиации, вероятно, будет сильно загрязнено. Сильно загрязненное место в разговорной речи называется «горячей точкой». На карте загрязненного места горячие точки могут быть помечены с указанием мощности дозы «при контакте» в мЗв/ч. На загрязненном объекте горячие точки могут быть отмечены знаком, экранированы мешками со свинцовой дробью или оцеплены предупреждающей лентой с изображением радиоактивного трилистника .
Опасность загрязнения заключается в испускании ионизирующего излучения. Основные виды излучения, с которыми придется столкнуться, — это альфа, бета и гамма, но они имеют совершенно разные характеристики. Они имеют сильно различающиеся проникающие способности и эффекты излучения, а прилагаемая диаграмма показывает проникновение этих излучений простыми словами. Для понимания различных ионизирующих эффектов этих излучений и применяемых весовых коэффициентов см. статью о поглощенной дозе .
Радиационный мониторинг включает измерение дозы радиации или радионуклидного загрязнения по причинам, связанным с оценкой или контролем воздействия радиации или радиоактивных веществ, а также интерпретацией результатов. Методологические и технические детали проектирования и эксплуатации программ и систем мониторинга радиации окружающей среды для различных радионуклидов, экологических сред и типов установок приведены в Серии стандартов безопасности МАГАТЭ № RS–G-1.8 [13] и в Серии отчетов по безопасности МАГАТЭ № 64. [14]
Радиоактивное загрязнение по определению является источником ионизирующего излучения, которое может облучать организм человека извне или изнутри.
Это происходит из-за радиации от загрязнения, находящегося вне человеческого тела. Источник может находиться вблизи тела или на поверхности кожи. Уровень риска для здоровья зависит от продолжительности, типа и силы облучения. Наибольший риск от внешнего источника представляет проникающая радиация, такая как гамма-лучи, рентгеновские лучи, нейтроны или бета-частицы. Низкопроникающая радиация, такая как альфа-частицы, имеет низкий внешний риск из-за экранирующего эффекта верхних слоев кожи. Более подробную информацию о том, как это рассчитывается, см. в статье о зиверте .
Радиоактивное загрязнение может попасть в организм человека, если оно находится в воздухе или попадает в организм с пищей или питьем, и облучает организм изнутри. Искусство и наука оценки дозы внутреннего облучения — это внутренняя дозиметрия .
Биологические эффекты поглощенных радионуклидов во многом зависят от активности, биораспределения и скорости выведения радионуклида, которые в свою очередь зависят от его химической формы, размера частиц и пути проникновения. Эффекты могут также зависеть от химической токсичности депонированного материала, независимо от его радиоактивности. Некоторые радионуклиды могут быть в целом распределены по всему телу и быстро выводятся, как в случае с тритиевой водой .
Некоторые органы концентрируют определенные элементы и, следовательно, радионуклидные варианты этих элементов. Это действие может привести к гораздо более низким показателям выведения. Например, щитовидная железа поглощает большой процент любого йода , который попадает в организм. Большие количества вдыхаемого или проглоченного радиоактивного йода могут повредить или разрушить щитовидную железу, в то время как другие ткани поражаются в меньшей степени. Радиоактивный йод-131 является распространенным продуктом деления ; он был основным компонентом радиоактивности, выброшенной в результате Чернобыльской катастрофы , что привело к девяти смертельным случаям детского рака щитовидной железы и гипотиреоза . С другой стороны, радиоактивный йод используется в диагностике и лечении многих заболеваний щитовидной железы именно из-за избирательного поглощения йода щитовидной железой.
Радиационный риск, предложенный Международной комиссией по радиологической защите (МКРЗ), предсказывает, что эффективная доза в один зиверт (100 бэр) несет 5,5% вероятности развития рака. Такой риск является суммой как внутренних, так и внешних доз облучения. [15]
МКРЗ утверждает: «Радионуклиды, инкорпорированные в организм человека, облучают ткани в течение периодов времени, определяемых их физическим периодом полураспада и их биологическим удержанием в организме. Таким образом, они могут вызывать дозы в тканях организма в течение многих месяцев или лет после поступления. Необходимость регулирования воздействия радионуклидов и накопления дозы облучения в течение длительных периодов времени привела к определению величин ожидаемой дозы». [16] МКРЗ далее утверждает: «Для внутреннего облучения ожидаемые эффективные дозы обычно определяются на основе оценки поступления радионуклидов из измерений биопроб или других величин (например, активности, удерживаемой в организме или в ежедневных выделениях). Доза облучения определяется на основе поступления с использованием рекомендуемых коэффициентов дозы». [17]
МКРЗ определяет две величины дозы для индивидуальной ожидаемой дозы:
Ожидаемая эквивалентная доза , H T ( t ) — это временной интеграл мощности эквивалентной дозы в конкретной ткани или органе, которую получит человек после поступления радиоактивного материала в организм условного человека, где t — это время интегрирования в годах. [18] Это относится конкретно к дозе в конкретной ткани или органе, аналогично внешней эквивалентной дозе.
Ожидаемая эффективная доза, E( t ) представляет собой сумму произведений ожидаемых эквивалентных доз органов или тканей и соответствующих весовых коэффициентов тканей W T , где t — время интегрирования в годах после приема. Период ожидания принимается равным 50 годам для взрослых и 70 годам для детей. [18] Это относится конкретно к дозе для всего тела, аналогично внешней эффективной дозе.
В отчете журнала Lancet за 2015 год поясняется, что серьезные последствия ядерных аварий часто не связаны напрямую с воздействием радиации, а скорее с социальными и психологическими эффектами. [19] Последствия низкоуровневой радиации часто носят скорее психологический, чем радиологический характер. Поскольку ущерб от очень низкоуровневой радиации невозможно обнаружить, люди, подвергшиеся ее воздействию, остаются в мучительной неопределенности относительно того, что с ними произойдет. Многие считают, что они были фундаментально загрязнены на всю жизнь, и могут отказаться иметь детей из-за страха врожденных дефектов . Их могут сторониться другие члены их сообщества, которые боятся некоего таинственного заражения. [20]
Принудительная эвакуация из радиологической или ядерной аварии может привести к социальной изоляции, тревожности, депрессии, психосоматическим медицинским проблемам, безрассудному поведению и даже самоубийству. Таков был результат Чернобыльской ядерной катастрофы 1986 года на Украине. Всестороннее исследование 2005 года пришло к выводу, что «влияние Чернобыля на психическое здоровье является крупнейшей проблемой общественного здравоохранения, вызванной аварией на сегодняшний день». [20] Фрэнк Н. фон Хиппель , американский ученый, прокомментировал ядерную катастрофу на Фукусиме в 2011 году , заявив, что «страх ионизирующего излучения может иметь долгосрочные психологические последствия для значительной части населения в загрязненных районах». [21] Эвакуация и долгосрочное перемещение пострадавшего населения создают проблемы для многих людей, особенно пожилых людей и пациентов больниц. [19]
Такая большая психологическая опасность не сопровождает другие материалы, которые подвергают людей риску рака и других смертельных заболеваний. Внутренний страх не вызывается широко, например, ежедневными выбросами от сжигания угля, хотя, как показало исследование Национальной академии наук, это вызывает 10 000 преждевременных смертей в год среди населения США в 317 413 000 человек . Медицинские ошибки, приводящие к смерти в больницах США, оцениваются от 44 000 до 98 000. «Только ядерная радиация несет огромное психологическое бремя, поскольку она несет уникальное историческое наследие». [20]
{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)