Radioattività: cos'è questo fenomeno? Tipi di radioattività

La radiazione esisteva molto prima dell'apparizione dell'uomo e accompagna l'uomo dalla nascita alla morte. Nessuno dei nostri sensi è in grado di riconoscere la radiazione ad onde corte. Per identificarlo, una persona doveva inventare dispositivi speciali, senza i quali sarebbe impossibile giudicare il livello di radiazioni o il pericolo che esso comporta.

La storia dello studio della radioattività

Tutta la vita sul nostro pianeta è sorta, sviluppata ed esiste in condizioni che a volte sono tutt'altro che favorevoli. Le variazioni di temperatura, le precipitazioni, il movimento dell'aria, i cambiamenti nella pressione atmosferica, l'alternanza del giorno e della notte e altri fattori influenzano gli organismi viventi. Tra questi, un posto speciale è occupato da radiazioni ionizzanti generate da 25 naturali elementi radioattivi come l'uranio, il radio, il radon, il torio e altri. La radioattività naturale è particelle che volano attraverso l'atmosfera dal Sole e dalle stelle della Galassia. Queste sono due fonti di radiazioni ionizzanti di tutti i viventi e non viventi.

Raggi X, o γ-radiazioni, è un'onda elettromagnetica con alta frequenza ed energia estremamente alta. Tutti i tipi di radiazioni ionizzanti provocano la ionizzazione e il cambiamento degli oggetti irradiati. Si ritiene che tutta la vita sulla Terra si sia adattata all'azione delle radiazioni ionizzanti e non risponda a loro. Esiste anche l'ipotesi che la radioattività naturale sia il motore dell'evoluzione, a causa della quale è nato un numero così grande di specie, un'ampia varietà di forme e stili di vita degli organismi, poiché le mutazioni non sono altro che l'emergere di nuove caratteristiche di un organismo che può portare a un tipo completamente nuovo .

Durante i secoli XVIII-XIX, e soprattutto ora, lo sfondo naturale delle radiazioni sulla Terra è aumentato e continua ad aumentare. La ragione è stata la progressiva industrializzazione di tutti i paesi sviluppati, a seguito della quale, con l'aumento della produzione di minerali metallici, carbone, petrolio, materiali da costruzione, fertilizzanti e altri minerali, vari minerali contenenti elementi radioattivi naturali vengono forniti alla sua superficie in grandi quantità. Quando si bruciano fonti energetiche minerali, in particolare carbone, torba, olio di scisto, molte sostanze diverse, incluse quelle radioattive, entrano nell'atmosfera. A metà del XX secolo, fu scoperta la radioattività artificiale. Ciò ha portato alla creazione di una bomba atomica negli Stati Uniti e poi in altri paesi, nonché allo sviluppo dell'energia nucleare. durante esplosioni atomiche Operazione NPP (soprattutto in caso di incidenti), nell'ambiente, oltre al costante background naturale, si accumula la radioattività artificiale. Ciò porta alla comparsa di focolai e vaste aree con un alto livello di radioattività.

Cos'è la radioattività, chi ha scoperto questo fenomeno?

La radioattività fu scoperta nel 1896 dal fisico A. A. Becquerel dalla Francia. Ha determinato che la principale fonte di esposizione alle radiazioni è la radiazione gamma a causa del suo alto potere penetrante. La radioattività è una radiazione a cui una persona è costantemente esposta come risultato dell'esposizione a sorgenti naturali di radiazioni (raggi cosmici e solari, radiazioni terrestri). Si chiama lo sfondo naturale delle radiazioni. È sempre esistito: dal momento della formazione del nostro pianeta al presente. Una persona, come qualsiasi altro organismo, è costantemente sotto l'influenza di una radiazione di fondo naturale. Secondo il comitato scientifico delle Nazioni Unite sugli effetti delle radiazioni atomiche (NCDAR), l'esposizione alle radiazioni umane causata da fonti naturali di radioattività rappresenta circa l'83% di tutte le radiazioni ricevute dagli esseri umani. Il restante 17% è causato da fonti artificiali di radioattività. La scoperta e l'applicazione pratica dell'energia nucleare ha causato molti problemi. Ogni anno la sfera dei contatti tra l'umanità e tutti gli esseri viventi con le radiazioni ionizzanti si espande. Già oggi grazie a inquinamento del suolo e l'atmosfera di prodotti radioattivi di energia nucleare e di esplosioni nucleari sperimentali, una vasta diffusione del trattamento delle radiazioni e diagnostica medica, l'uso di nuovi materiali da costruzione, la pressione delle radiazioni è più che raddoppiata.

Tipi di radioattività

La radioattività artificiale e naturale agisce su una persona per ricevere le dosi massime. Questo è un processo che attiva lo studio degli effetti biologici delle radiazioni da parte di una cerchia sempre più ampia di persone. Ogni persona dovrebbe sapere qual è la relazione tra il dosaggio della dose (DER) e la dose equivalente di radiazioni, che è fondamentale per valutare il danno causato agli esseri umani dalle radiazioni.

Le particelle β hanno energia da circa 0,01 a 2,3 MeV, muovendosi con la velocità della luce. Sulla loro strada creano in media 50 coppie di ioni per cm di percorso e non spendono la loro energia tanto rapidamente quanto le particelle α. Per ritardare l'irradiazione β, è necessario un metallo di almeno 3 mm di spessore.

La radioattività naturale di una sostanza è quando le particelle α vengono rilasciate dai nuclei e hanno energia da 4 a 9 MeV. Espulsi dai nuclei con un'alta velocità iniziale (fino a 20.000 km / s), le particelle α consumano energia sulla ionizzazione degli atomi della materia che sono sul loro percorso (in media 50.000 paia di ioni per 1 cm di percorso) e si fermano.

La radiazione γ appartiene alla radiazione elettromagnetica con una lunghezza d'onda inferiore a 0,01 nm, l'energia di un γ-quantum varia da circa 0,02 a 2,6 MeV. I fotoni della radiazione γ sono assorbiti in uno o più atti di interazione con gli atomi della materia. Gli elettroni secondari ionizzano gli atomi dell'ambiente. La radiazione gamma parziale viene ritardata solo da piombo spesso (più di 200 mm di spessore) o lastra di cemento.

Il fenomeno della radioattività è la radiazione, accompagnata dal rilascio di diverse quantità di energia e dal potere penetrante differente, quindi hanno effetti diversi sugli organismi e sugli ecosistemi nel loro complesso. Nella dosimetria usano quantità che caratterizzano quantitativamente la proprietà radioattiva di una sostanza e gli effetti causati dalle radiazioni: attività, dose di esposizione, dose assorbita, dose di radiazioni equivalente. La scoperta della radioattività e la possibilità di trasformazione artificiale dei nuclei hanno contribuito allo sviluppo di metodi e tecniche per misurare la radioattività degli elementi.

Malattia da radiazioni

La radioattività è la radiazione che causa la malattia da radiazioni. Ci sono forme croniche e acute di questa malattia. La malattia cronica da radiazioni inizia come conseguenza dell'esposizione a lungo termine del corpo a dosi di radiazioni piccole (da 1 mSv a 5 mSv al giorno) dopo l'accumulo di una dose totale di 0,7 ... 1,0 Sb. La malattia acuta da radiazioni è causata da una singola esposizione intensiva da una dose di 1-2 Sv a più di 6 Sb. I calcoli della dose equivalente di radiazioni mostrano che le dosi che una persona riceve in condizioni normali in città sono, fortunatamente, significativamente inferiori a quelle che causano malattie da radiazioni.

Il tasso di dose equivalente causato dalle radiazioni naturali varia da 0,44 a 1,75 mSv all'anno. Durante la diagnostica medica (esami radiografici, radioterapia, ecc.) Una persona riceve circa 1,4 mSv all'anno. Aggiungiamo che nei materiali da costruzione (mattoni, cemento) a piccole dosi, ci sono anche elementi radioattivi. Pertanto, la dose di radiazioni aumenta di altri 1,5 mSv durante l'anno.

Per la valutazione effettiva della nocività delle radiazioni, viene utilizzata una caratteristica come il rischio. Il rischio è generalmente inteso come la probabilità di danneggiare la salute o la vita di una persona durante un certo periodo di tempo (solitamente entro un anno solare), calcolandolo usando la formula per la frequenza relativa di un pericoloso evento casuale nel complesso di tutti gli eventi possibili. La principale manifestazione del danno causato dalle radiazioni radioattive è la malattia di una persona con cancro.

Gruppi di radiotossicità

La radiotossicità è di proprietà degli isotopi radioattivi per causare cambiamenti patologici quando entrano nel corpo. La radiotossicità degli isotopi dipende da un numero delle loro caratteristiche e fattori, i principali dei quali sono i seguenti:

1) il tempo di ingresso nel corpo di sostanze radioattive;
2) tipi di radioattività;
3) lo schema di decadimento radioattivo nel corpo;
4) l'energia media di un atto di decadimento;
5) la distribuzione di sostanze radioattive in sistemi e organi;
6) la via di ingresso nel corpo di sostanze radioattive;
7) il tempo trascorso nel corpo di un radionuclide;

Tutti i radionuclidi come potenziali fonti di esposizione interna sono suddivisi in quattro gruppi di radiotossicità:

• gruppo A - con una radiotossicità particolarmente elevata, attività minima di 1 kBq;
• gruppo B - con elevata radiotossicità, attività minima non superiore a 10 kBq;
• Gruppo B - con tossicità media, attività minima non superiore a 100 kBq;
• gruppo G - con bassa radiotossicità, attività minima non superiore a 1000 kBq.

Principi di regolazione dell'esposizione radioattiva

Come risultato di esperimenti sugli animali e di studio degli effetti dell'esposizione umana alle esplosioni nucleari, degli incidenti nelle imprese del ciclo del combustibile nucleare, della radioterapia dei tumori maligni, nonché degli studi su altri tipi di radioattività, è stata stabilita la risposta dell'organismo alle radiazioni acute e croniche.

Gli effetti non stocastici o deterministici sono dose-dipendenti e si manifestano in un organismo irradiato in un tempo relativamente breve. Con un aumento della dose di radiazioni, aumenta il grado di danni agli organi e ai tessuti - si osserva un effetto di graduazione.

Gli effetti stocastici o probabili (casuali) sono attribuiti alle conseguenze remote dell'esposizione all'organismo. Alla base del verificarsi di effetti stocastici sono causati da mutazioni di irradiazione e altri disturbi nelle strutture cellulari. Esse si verificano sia in somatico (dal latino somatos - corpo) che in cellule germinali e portano alla formazione di tumori maligni nell'organismo irradiato, e nella prole - anomalie dello sviluppo e altri disturbi ereditati (effetti genetici). Si considera che la soglia dell'azione mutagena della radiazione non esiste, e quindi non ci sono dosi completamente sicure. Con l'ulteriore effetto delle radiazioni ionizzanti come uno dei molti fattori di mutagenesi alla dose di 1 cSv (1 rem), il rischio di tumori maligni aumenta del 5% e la manifestazione di difetti genetici - dello 0,4%.

Il rischio di morte per esposizione aggiuntiva a radiazioni ionizzanti in tali piccole dosi è significativamente inferiore al rischio di morte nella produzione più sicura. Ma lo è, perché il carico della dose sul corpo umano è strettamente regolato. Questa funzione viene eseguita dagli standard di sicurezza delle radiazioni.

Gli NRBU-97 sono volti a prevenire l'insorgenza di effetti deterministici (somatici) e a limitare l'insorgenza di effetti stocastici a un livello accettabile. Le norme sull'igiene delle radiazioni stabilite dall'NRBU-97 si basano sui seguenti tre principi di protezione:

• il principio di giustificazione;
• principio di non-superamento;
• principio di ottimizzazione.

Radioattività naturale: livelli, dosi, rischi

Il sistema di radioprotezione dei cittadini, costruito sui risultati della ricerca biomedica, viene brevemente formulato come segue: il grado di possibile impatto negativo delle radiazioni sulla salute umana è determinato solo dalla dose, indipendentemente dal fatto che la fonte di radiazioni ionizzanti sia formata, naturale o artificiale. Le fonti di origine naturale tecnologicamente avanzate sono componenti controllate della dose totale e il loro contributo può essere ridotto adottando misure appropriate. Ad esempio, per il radon nell'aria interna e le principali dosi che costituiscono le fonti, sono specificate due situazioni di esposizione: esposizione in edifici già in funzione e nuove abitazioni che vengono messe in servizio solo.

Gli standard richiedono che l'equivalente attività di equilibrio del radon nell'aria (EERO) per le case azionate non superi 100 Bq / m3, che corrisponde a un valore di 250 Bq / m3 nel periodo di attività volumetrica, che viene utilizzato nella maggior parte dei paesi europei. Per fare un confronto, nel nuovo IAEA Basic Safety Standards (BSS), il livello di riferimento per il radon è fissato a 300 Bq / m3.

Per le nuove case, le strutture per l'infanzia e gli ospedali, questo valore è di 50 Bq / m3 (o 125 Bq / m3 di gas radon). La misurazione della radioattività del radio, secondo NRBU-97, così come secondo i documenti normativi di altri paesi del mondo, viene effettuata solo con metodi integrali. Questo requisito è molto importante perché il livello di radon nell'aria di un appartamento o di una casa può cambiare 100 volte durante il giorno.

Radon - 222

Nel corso di ricerche condotte in Russia negli ultimi anni, sono state analizzate la struttura e l'entità delle dosi di radiazioni esistenti e si è stabilito che la principale sostanza pericolosa per la popolazione nei locali è la radioattività - questo è il radon. Il contenuto di questa sostanza nell'aria può essere facilmente ridotto se si aumenta la ventilazione della stanza o si limita il flusso di gas sigillando lo spazio del seminterrato. Secondo il dipartimento dell'igiene delle radiazioni, circa il 23% del patrimonio abitativo non soddisfa i requisiti dell'attuale quadro normativo per il contenuto di radon nell'aria interna. Se il patrimonio abitativo è portato agli standard attuali, le perdite possono essere dimezzate.

Consideriamo perché il radon è così dannoso? La radioattività è il decadimento dei radionuclidi naturali della serie dell'uranio, in cui il radon-222 viene convertito in gas. Allo stesso tempo, forma prodotti derivati ​​dalla figlia (DPR): polonio, bismuto, piombo, che unendo particelle di polvere o umidità formano un aerosol radioattivo. Una volta nei polmoni, questa miscela dopo una breve emivita del DPR di radon-222 porta a dosi relativamente elevate di radiazioni, che possono causare un ulteriore rischio di cancro ai polmoni.

Secondo un'indagine sul patrimonio abitativo delle singole regioni (28.000 case) da parte di specialisti dell'Istituto di Igiene e Ecologia Medica, la media media ponderata delle singole aree per singole aree di radon è di 2,4 mSv / anno, per la popolazione rurale questo valore è quasi raddoppiato ed è 4,1 mSv / anno Per le singole regioni, le dosi di radon variano entro limiti abbastanza ampi - da 1,2 mSv / anno a 4,3 mSv / anno, e le singole dosi della popolazione possono superare i limiti di dose per i professionisti della categoria A (20 mSv / anno).

Se stimiamo la mortalità per cancro del polmone causato dall'irradiazione di radon-222 in accordo con metodi accettati a livello internazionale, si tratta di circa 6000 casi all'anno. Va inoltre tenuto presente che negli ultimi anni si è acquisita conoscenza sull'effetto del radon. Quindi, secondo alcuni studi epidemiologici, è stato stabilito che il radon può causare la leucemia nei bambini. Secondo AS Evrard, il legame tra radon e leucemia nei bambini ha un aumento del 20% ogni 100 Bq / m3. Secondo Raaschou-Nielsen, questo aumento è superiore al 34% per ogni 100 Bq / m3.

Radioattività e scorie

In tutti i paesi, il problema del riciclaggio e dello smaltimento dei rifiuti metallici con radioattività è molto acuto. Questa è anche una fonte di radiazioni - non solo da incidenti, come nella centrale nucleare di Chernobyl, ma anche da centrali nucleari funzionanti, dove viene costantemente effettuata la sostituzione programmata delle unità. Come trattare con vecchi gruppi metallici e strutture con alta radioattività? Gli specialisti dell'Istituto di saldatura elettrica hanno sviluppato un metodo di fusione ad arco al plasma in un crogiolo raffreddato ad acqua, che fornisce la rimozione di metallo o lega alle scorie, che hanno radioattività. Questa è la fisica della pulizia più sicura. È possibile utilizzare varie composizioni di scorie con elevata capacità di assimilazione. Questo metodo può anche rimuovere quegli elementi radioattivi che sono in crepe e depressioni della superficie. Per il taglio dei rifiuti metallici si prevede di utilizzare il taglio al plasma e l'esplosione sott'acqua, il taglio elettro-idraulico e la sigillatura dei nodi e delle strutture da tagliare. Queste tecnologie ad alte prestazioni eliminano la formazione di polvere durante il lavoro, quindi, prevengono l'inquinamento ambientale. Il costo di trattamento dei rifiuti radioattivi nel progetto domestico è inferiore a quello degli sviluppatori stranieri.

Principi di base della protezione da sorgenti sigillate di radiazioni ionizzanti

Le sorgenti sigillate di radiazioni ionizzanti causano solo la radiazione esterna del corpo. I principi di protezione possono essere derivati ​​da tali modelli di base di distribuzione delle radiazioni e dalla natura della loro interazione con una sostanza:

• la dose di esposizione esterna è proporzionale al tempo e all'intensità dell'esposizione alle radiazioni;
• l'intensità della radiazione proveniente dalla sorgente è direttamente proporzionale al numero di particelle o quanti o particelle;
• passando attraverso una sostanza, la radiazione viene assorbita da essa e il loro intervallo dipende dalla densità di questa sostanza.

I principi di base della protezione dall'esposizione esterna sono basati su:

a) protezione dal tempo;
b) protezione della quantità;
c) schermatura dello schermo (fonti di schermatura dei materiali);
d) protezione della distanza (aumentando la distanza fino al valore massimo possibile).

Il complesso delle misure protettive dovrebbe prendere in considerazione il tipo di radiazione di sostanze radioattive (particelle α-, β, γ-quanti). La protezione dalle radiazioni esterne da particelle α non è necessaria, poiché il loro chilometraggio nell'aria è di 2,4-11 cm, e in acqua e nei tessuti di un organismo vivente - solo 100 micron. La tuta protegge completamente da loro.

Quando sono irradiate esternamente, le β-particelle colpiscono la pelle e la cornea degli occhi e, a grandi dosi, causano secchezza e ustioni della pelle, unghie fragili, cataratte. Guanti, occhiali e schermi di gomma sono usati per proteggere dalle particelle β. In caso di flussi di particelle particellari particolarmente potenti, è necessario utilizzare schermi aggiuntivi per proteggere da bremsstrahlung a raggi X: grembiuli e guanti di piombo, vetro al piombo, schermi, scatole e simili.

La protezione dalle radiazioni γ esterne può essere fornita riducendo il tempo di lavoro diretto con le fonti, l'uso di schermi protettivi, l'assorbimento delle radiazioni, aumentando la distanza dalla sorgente.

I suddetti metodi di protezione possono essere applicati separatamente o in varie combinazioni, ma in modo che le dosi di irradiazione di fotoni esterni delle persone di categoria A non eccedano 7 mR al giorno e 0,04 R alla settimana. La protezione riducendo il tempo di lavoro diretto con le sorgenti di radiazione di fotoni è ottenuta dalla velocità delle manipolazioni con il farmaco, riducendo la durata della giornata lavorativa e della settimana lavorativa.