Радиоактивное загрязнение , также называемое радиологическим загрязнением , представляет собой осаждение или присутствие радиоактивных веществ на поверхностях или внутри твердых тел, жидкостей или газов (включая тело человека), где их присутствие непреднамеренно или нежелательно (согласно Международному агентству по атомной энергии (Международное агентство по атомной энергии ) определение МАГАТЭ). [3]
Такое загрязнение представляет опасность, поскольку радиоактивный распад загрязняющих веществ приводит к образованию ионизирующего излучения (а именно альфа- , бета- , гамма-лучей и свободных нейтронов ). Степень опасности определяется концентрацией загрязняющих веществ, энергией испускаемого излучения, видом излучения и близостью загрязнения к органам тела. Важно понимать, что загрязнение создает радиационную опасность, а термины «радиация» и «загрязнение» не являются взаимозаменяемыми.
Источники радиоактивного загрязнения можно разделить на две группы: естественные и техногенные. После выброса ядерного оружия в атмосферу или нарушения защитной оболочки ядерного реактора воздух, почва, люди, растения и животные поблизости будут загрязнены ядерным топливом и продуктами деления . Пролитый флакон с радиоактивным материалом, например нитратом уранила, может загрязнить пол и любые тряпки, использованные для вытирания пролитого материала. Случаи широко распространенного радиоактивного загрязнения включают атолл Бикини , завод Роки-Флэтс в Колорадо, район вблизи ядерной катастрофы на Фукусиме-дайити , район вблизи Чернобыльской катастрофы и район вблизи катастрофы Маяк .
Источники радиоактивного загрязнения могут быть природными и техногенными.
Радиоактивное загрязнение может быть вызвано различными причинами. Это может произойти из-за выброса радиоактивных газов, жидкостей или частиц. Например, если радионуклид, используемый в ядерной медицине, будет разлит (случайно или, как в случае с аварией в Гоянии , по незнанию), этот материал может распространиться людьми, когда они ходят.
Радиоактивное загрязнение также может быть неизбежным результатом некоторых процессов, например выброса 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 распространение радиоактивного загрязнения в результате 520 атмосферных ядерных взрывов , произошедших с 1950-х по 1980-е годы.
При ядерных авариях мера типа и количества высвободившейся радиоактивности, например, в результате разрушения защитной оболочки реактора, известна как исходный термин. Комиссия по ядерному регулированию США определяет это как «Типы и количества радиоактивных или опасных материалов, выброшенных в окружающую среду после аварии». [7]
Загрязнение не включает остаточные радиоактивные материалы , оставшиеся на площадке после завершения вывода из эксплуатации . Таким образом, радиоактивный материал в запечатанных и специально предназначенных контейнерах не может быть правильно назван загрязнением, хотя единицы измерения могут быть одинаковыми.
Сдерживание является основным способом предотвращения попадания загрязнений в окружающую среду, контакта с людьми или их проглатывания.
Нахождение в пределах предполагаемой защитной оболочки отличает радиоактивный материал от радиоактивного загрязнения . Когда радиоактивные материалы концентрируются до обнаруживаемого уровня за пределами защитной оболочки, пораженную зону обычно называют «загрязненной».
Существует большое количество методов локализации радиоактивных материалов, чтобы они не распространялись за пределы защитной оболочки и не загрязнялись. В случае с жидкостями для этого используются резервуары или контейнеры повышенной надежности, обычно с системой отстойников, позволяющей обнаружить утечку с помощью радиометрических или обычных приборов.
Там, где существует вероятность попадания материала в воздух, широко используются перчаточные боксы , которые являются обычным методом в опасных лабораторных и технологических операциях во многих отраслях промышленности. В перчаточных ящиках поддерживается небольшое отрицательное давление, а выхлопной газ фильтруется в высокоэффективных фильтрах, правильность работы которых контролируется с помощью радиологических приборов.
В окружающей среде естественным образом встречаются различные радионуклиды . Такие элементы, как уран и торий , а также продукты их распада присутствуют в горных породах и почве. Калий-40 , первичный нуклид , составляет небольшой процент от 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 не представляют большой опасности, но могут затруднить измерения. Особая проблема возникает с естественным газом радоном , который может повлиять на приборы, настроенные на обнаружение загрязнения, близкого к нормальному фоновому уровню, и может вызвать ложные срабатывания сигнализации. В связи с этим оператору оборудования радиологического обследования необходимо уметь отличать фоновое излучение от излучения, исходящего от загрязнения.
Радиоактивные материалы природного происхождения (НОРМ) могут быть вынесены на поверхность или сконцентрированы в результате деятельности человека, такой как горнодобывающая промышленность, добыча нефти и газа и потребление угля.
Радиоактивное загрязнение может существовать на поверхностях или в объемах материала или воздуха, и для измерения уровней загрязнения путем обнаружения испускаемого излучения используются специальные методы.
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 же можно измерить. В случае свободного загрязнения существует опасность распространения загрязнения на другие поверхности, например кожу или одежду, или попадания в воздух. Бетонную поверхность, загрязненную радиоактивностью, можно сбрить на определенную глубину, удалив загрязненный материал для утилизации.
Для профессиональных работников создаются контролируемые зоны, где может возникнуть опасность заражения. Доступ в такие зоны контролируется с помощью различных барьерных технологий, иногда требующих смены одежды и обуви по мере необходимости. Загрязнение в контролируемой зоне обычно контролируется регулярно. Приборы радиологической защиты (RPI) играют ключевую роль в мониторинге и обнаружении любого потенциального распространения загрязнения, и часто устанавливаются комбинации ручных приборов для обследования и стационарно установленных зональных мониторов, таких как бортовые мониторы твердых частиц и зональные гамма-мониторы. Обнаружение и измерение поверхностного загрязнения персонала и предприятия обычно осуществляются с помощью счетчика Гейгера , сцинтилляционного счетчика или пропорционального счетчика . Пропорциональные счетчики и сцинтилляционные счетчики с двойным люминофором могут различать альфа- и бета-загрязнение, а счетчик Гейгера - нет. Сцинтилляционные детекторы, как правило, предпочтительнее для ручных приборов мониторинга и имеют большое окно обнаружения, позволяющее ускорить мониторинг больших площадей. Детекторы Гейгера, как правило, имеют небольшие окна, которые больше подходят для небольших участков загрязнения.
Распространение загрязнения персоналом, покидающим контролируемые зоны, в которых используется или перерабатывается ядерный материал, контролируется с помощью специализированных установленных приборов контроля выхода, таких как датчики обысков, мониторы загрязнения рук и мониторы выхода всего тела. Они используются для проверки того, что лица, покидающие контролируемые зоны, не несут загрязнение на своем теле или одежде.
В Соединенном Королевстве HSE выпустило руководство пользователя по выбору подходящего портативного прибора для измерения радиации для конкретного применения . [8] Здесь рассматриваются все технологии радиационных приборов и является полезным сравнительным руководством для выбора правильной технологии в зависимости от типа загрязнения.
NPL Великобритании публикует руководство по уровням сигнализации, которые следует использовать с приборами для проверки персонала, покидающего контролируемые зоны, в которых может возникнуть 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 виде твердых частиц, что представляет особую опасность при вдыхании. Респираторы с подходящими воздушными фильтрами или полностью автономные костюмы с собственной подачей воздуха могут снизить эти опасности.
Загрязнение воздуха измеряется специальными радиологическими приборами, которые непрерывно прокачивают отобранный воздух через фильтр. Частицы, находящиеся в воздухе, накапливаются на фильтре, и их можно измерить 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 встречающийся в природе радон может быть весьма распространен и может проявляться как загрязнение, когда стремятся к низким уровням загрязнения. Следовательно, современные приборы 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 попасть в организм в результате употребления в пищу зараженных растений и животных или питья зараженной воды или молока от подвергшихся воздействию животных. После крупного инцидента загрязнения следует рассмотреть все потенциальные пути внутреннего облучения.
Хелатная терапия и другие методы лечения внутреннего загрязнения радионуклидами успешно применялись на Гарольде Маккласки . [10]
Очистка загрязнения приводит к образованию радиоактивных отходов , если только радиоактивный материал не может быть возвращен в коммерческое использование путем переработки . В некоторых случаях загрязнения больших площадей загрязнение можно уменьшить 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 в результате травмы и стандартная очистка не может еще больше уменьшить загрязнение, то человек может быть загрязнен навсегда. [ нужна цитата ]
Продукты контроля загрязнения использовались Министерством энергетики США (DOE) и коммерческой атомной промышленностью на протяжении десятилетий для минимизации загрязнения радиоактивного оборудования и поверхностей и устранения загрязнения на месте. «Продукты для контроля загрязнения» — это широкий термин, включающий фиксаторы, удаляемые покрытия и дезинфицирующие гели . Фиксирующий продукт действует как постоянное покрытие для стабилизации остаточного рыхлого/переносящегося радиоактивного загрязнения путем фиксации его на месте ; это помогает предотвратить распространение загрязнения и снижает вероятность передачи загрязнения по воздуху, снижая воздействие на персонал и облегчая будущие мероприятия по дезактивации и выводу из эксплуатации (ДиД). Снимаемые покрытия неплотно прилипают к лакокрасочным пленкам и используются благодаря своим дезактивирующим свойствам. Их наносят на поверхности со рыхлыми/переносящимися радиоактивными загрязнениями, а затем, после высыхания, отслаивают, что удаляет рыхлые/переносные загрязнения вместе с продуктом. Остаточное радиоактивное загрязнение на поверхности значительно снижается после удаления удаляемого покрытия. Современные удаляемые покрытия демонстрируют высокую эффективность обеззараживания и могут конкурировать с традиционными механическими и химическими методами обеззараживания. Обеззараживающие гели действуют так же, как и другие удаляемые покрытия. Результаты, полученные при использовании продуктов контроля загрязнения, варьируются и зависят от типа субстрата, выбранного продукта 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. На национальное правительство оказывается давление с целью очистить как можно большую часть территории от радиоактивного загрязнения , вызванного ядерной аварией на Фукусиме в марте 2011 года, чтобы некоторые из 110 000 перемещенных лиц могли вернуться. Удаление ключевого опасного для здоровья радиоизотопа ( цезия-137 ) из низкоактивных отходов также может значительно уменьшить объем отходов, требующих специальной утилизации. Цель состоит в том, чтобы найти методы, которые могли бы эффективно и без разрушения органического содержания в почве удалить от 80 до 95% цезия из загрязненной почвы и других материалов. Один из исследуемых методов называется гидротермальной очисткой. Цезий отделяется от частиц почвы и затем осаждается феррицианидом железа ( берлинская лазурь ). Это будет единственный компонент отходов, требующий специальных захоронений. [11] Цель состоит в том, чтобы снизить годовое облучение от загрязненной окружающей среды до уровня, превышающего фон на один миллизиверт (мЗв). Наиболее загрязненная территория, где дозы радиации превышают 50 мЗв/год, должна оставаться закрытой, но некоторые территории, где в настоящее время уровень радиации менее 5 мЗв/год, могут быть дезактивированы, что позволит вернуться 22 000 жителям.
Чтобы помочь защитить людей, живущих в географических районах, которые были радиоактивно загрязнены, Международная комиссия по радиологической защите опубликовала руководство: «Публикация 111 – Применение рекомендаций Комиссии для защиты людей, живущих в длительное время загрязненных районах, после ядерной аварии». или радиационная аварийная ситуация». [12]
Опасность радиоактивного загрязнения для людей и окружающей среды зависит от характера радиоактивного загрязнения, уровня загрязнения и степени распространения загрязнения. Низкие уровни радиоактивного загрязнения представляют небольшой риск, но все же могут быть обнаружены с помощью радиационных приборов. [ нужна ссылка ] Если проводится исследование или составлена карта загрязненной территории, места случайного отбора проб могут быть отмечены с указанием их активности в беккерелях или кюри при контакте. Низкие уровни можно определить в единицах количества импульсов в минуту с помощью сцинтилляционного счетчика .
В случае низкого уровня загрязнения изотопами с коротким периодом полураспада лучшим способом действий может быть просто позволить материалу естественным образом распасться . Долгоживущие изотопы следует очищать и утилизировать надлежащим образом, поскольку даже очень низкий уровень радиации может быть опасен для жизни при длительном воздействии на него.
Объекты и физические объекты, которые считаются загрязненными, могут быть оцеплены медицинским физиком и помечены как «Загрязненная зона». Людям, приближающимся к такой зоне, обычно требуется защитная одежда («анти-C»).
Высокие уровни загрязнения могут представлять серьезную опасность для людей и окружающей среды. Люди могут подвергаться потенциально смертельным уровням радиации как снаружи, так и внутри в результате распространения загрязнения после аварии ( или преднамеренного ее инициирования ), связанной с большим количеством радиоактивного материала. Биологические эффекты внешнего радиоактивного загрязнения обычно такие же, как и от внешнего источника излучения, не связанного с радиоактивными материалами, например рентгеновских аппаратов, и зависят от поглощенной дозы .
Когда радиоактивное загрязнение измеряется или картируется на месте , любое место, которое выглядит как точечный источник радиации, скорее всего, будет сильно загрязнено. Сильно загрязненное место в просторечии называют «горячей точкой». На карте загрязненного места горячие точки могут быть обозначены мощностью дозы «при контакте» в мЗв/ч. На загрязненном объекте горячие точки могут быть обозначены знаком, ограждены мешками со свинцовой дробью или оцеплены предупреждающей лентой с символом радиоактивного трилистника .
Опасность загрязнения заключается в выбросе ионизирующего излучения. Основными излучениями, с которыми придется столкнуться, являются альфа-, бета- и гамма-излучения, но они имеют совершенно разные характеристики. Они имеют сильно различающуюся проникающую способность и эффекты излучения, и прилагаемая диаграмма простыми словами показывает проникновение этих излучений. 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, и интерпретацию результатов. Методические и технические детали проектирования и эксплуатации программ и систем радиационного мониторинга окружающей среды для различных радионуклидов, сред окружающей среды и типов объектов приведены в Серии норм безопасности МАГАТЭ № RS-G-1.8 [13 ] и в Серии докладов МАГАТЭ по безопасности. № 64. [14]
Радиоактивное загрязнение по определению испускает ионизирующее излучение, которое может облучать организм человека внешнего или внутреннего происхождения.
Это связано с излучением загрязнений, находящихся 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 проникающее излучение, такое как гамма-лучи, рентгеновские лучи, нейтроны или бета-частицы. Низкопроникающее излучение, такое как альфа-частицы, имеет низкий внешний риск из-за экранирующего эффекта верхних слоев кожи. Дополнительную информацию о том, как рассчитывается зиверт , можно найти в статье о зиверте .
Радиоактивное загрязнение может попасть в организм человека, если оно передается по воздуху или через пищу или напитки, и приведет к внутреннему облучению организма. Искусство и наука оценки дозы внутреннего облучения – это внутренняя дозиметрия .
Биологические эффекты поступающих с пищей радионуклидов во многом зависят от активности, биораспределения и скорости удаления радионуклида, что, в свою очередь, зависит от его химической формы, размера частиц и пути поступления. Эффекты могут также зависеть от химической токсичности осажденного материала независимо от его радиоактивности. Некоторые радионуклиды обычно распределяются по всему организму и быстро удаляются, как в случае с тритиевой водой .
Некоторые органы концентрируют определенные элементы и, следовательно, радионуклидные варианты этих элементов. Это действие может привести к значительному снижению скорости удаления. Например, щитовидная железа поглощает большой процент любого йода , попадающего в организм. Большие количества вдыхаемого или проглатываемого радиоактивного йода могут повредить или разрушить щитовидную железу, в то время как другие ткани поражаются в меньшей степени. Радиоактивный йод-131 — обычный продукт деления ; это был основной компонент радиоактивности, выброшенной в результате чернобыльской катастрофы , которая привела к девяти смертельным случаям детского рака щитовидной железы и гипотиреоза . С другой стороны, радиоактивный йод используется при диагностике и лечении многих заболеваний щитовидной железы именно из-за избирательного поглощения йода щитовидной железой.
Радиационный риск, предложенный Международной комиссией по радиологической защите (ICRP), прогнозирует, что эффективная доза в один зиверт (100 бэр) несет в себе 5,5% вероятность развития рака. Такой риск представляет собой сумму доз внутреннего и внешнего облучения. [15]
МКРЗ заявляет: «Радионуклиды, включенные в организм человека, облучают ткани в течение периодов времени, определяемых их физическим периодом полураспада и 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 радиации 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 на основе биоанализа или других величин (например, активности, сохраняемой в организме или в ежедневных выделениях). Доза радиации равна определяется по приему с использованием рекомендуемых дозовых коэффициентов». [17]
МКРЗ определяет две величины дозы для индивидуальной ожидаемой дозы:
Ожидаемая эквивалентная доза , HT ( t ) — временной интеграл мощности эквивалентной дозы в конкретной ткани или органе, которая будет получена индивидуумом после поступления радиоактивного материала в организм Базового лица, где t — время интегрирования годами. [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 в органах или тканях и соответствующих весовых коэффициентов тканей WT , где t — время интегрирования в годах после поступления. Срок действия обязательств принят равным 50 годам для взрослых и 70 годам для детей. [18] Это относится конкретно к дозе, воздействующей на все тело, аналогично внешней эффективной дозе.
В отчете журнала Lancet за 2015 год объясняется, что серьезные последствия ядерных аварий зачастую напрямую связаны не с радиационным воздействием, а скорее с социальными и психологическими последствиями. [19] Последствия низкого уровня радиации часто носят скорее психологический, чем радиологический характер. Поскольку ущерб от радиации очень низкого уровня невозможно обнаружить, люди, подвергшиеся ее воздействию, остаются в мучительной неуверенности в том, что с ними произойдет. Многие считают, что они подверглись фундаментальному заражению на всю жизнь и могут отказаться иметь детей, опасаясь врожденных дефектов . Их могут избегать другие члены их сообщества, опасающиеся своего рода таинственной инфекции. [20]
Принудительная эвакуация после радиологической или ядерной аварии может привести к социальной изоляции, тревоге, депрессии, психосоматическим медицинским проблемам, безрассудному поведению и даже самоубийству. Таков был результат Чернобыльской ядерной катастрофы в Украине в 1986 году. Комплексное исследование 2005 года пришло к выводу, что «воздействие Чернобыля на психическое здоровье является крупнейшей на сегодняшний день проблемой общественного здравоохранения, вызванной аварией». [20] Франк Н. фон Хиппель , американский учёный, прокомментировал ядерную катастрофу на Фукусиме в 2011 году , заявив, что «страх перед ионизирующей радиацией может иметь долгосрочные психологические последствия для значительной части населения в загрязненных районах». [21] Эвакуация и длительное перемещение пострадавшего населения создают проблемы для многих людей, особенно пожилых людей и пациентов больниц. [19]
Столь большая психологическая опасность не сопутствует другим материалам, подвергающим людей риску заболевания раком и другими смертельными заболеваниями. Интуитивный страх не часто вызывается, например, ежедневными выбросами от сжигания угля, хотя, как показало исследование Национальной академии наук, это вызывает 10 000 преждевременных смертей в год среди населения США, составляющего 317 413 000 человек . По оценкам, количество медицинских ошибок , приводящих к смерти в больницах США, составляет от 44 000 до 98 000. «Только ядерная радиация несет огромное психологическое бремя – ведь она несет в себе уникальное историческое наследие». [20]
{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)