Радиационный фон микрорайона Звездное, Московский район, г. Санкт-Петербург

Радиация играет огромную роль в развитии цивилизации на данном историческом этапе. Благодаря явлению радиоактивности был совершен существенный прорыв в области медицины и в различных отраслях промышленности, включая энергетику.

К сожалению, отсутствие достоверной информации вызывает неадекватное восприятие данной проблемы. Газетные истории о шестиногих ягнятах и двухголовых младенцах сеют панику в широких кругах. Апогеем воинствующего невежества в вопросах радиации стали многочисленные супергерои из комиксов Марвэлл, получившие свою силу в результате облучения (один из них – невероятный Халк – стал главным персонажем оформления нашей презентации). Поэтому необходимо прояснить обстановку и найти верный подход.

Гипотеза: в микрорайоне Звёздное имеются очаги повышенного радиационного фона.

Цель исследования: подтвердить или опровергнуть гипотезу.

1. Актуальность проблемы рассмотрения радиационного фона окружающей среды

С 1945 по 1996 г. США, СССР (Россия), Великобритания, Франция и Китай произвели в надземном пространстве более 400 ядерных взрывов. В атмосферу поступила большая масса сотен различных радионуклидов, которые постепенно выпали на всей поверхности планеты. Их глобальное количество почти удвоили ядерные катастрофы, произошедшие на территории СССР. Долгоживущие радиоизотопы (углерод-14, цезий-137, стронций-90 и др.) и сегодня продолжают излучать, создавая приблизительно 2%-ю добавку к фону радиации [1]. Последствия атомных бомбардировок, ядерных испытаний и аварий еще долго будут сказываться на здоровье облученных людей и их потомков.

Использование атомной энергии в широких масштабах приводит к накоплению радиоактивных отходов. Возникает проблема их захоронения.

Не стоит забывать об аварии на АЭС "Фукусима-1" в Японии 11 марта 2011 года. Напомним, что авария на АЭС "Фукусима-1" произошла в результате землетрясения магнитудой 9,0 и последовавшего десятиметрового цунами, обрушившегося на северо-восток Японии. После обширных утечек радиации присвоило аварии максимальный - седьмой - уровень опасности. По предварительным расчетам, демонтаж станции займет примерно 40 лет [эл. рес. 5].

Западная часть Ленинградской области, Кингисеппский, Волосовский, Лужский, Ломоносовский и Гатчинский районы, подверглись загрязнению радиоактивными осадками Чернобыльской АЭС. Ряд населенных пунктов Волосовского, Кингисеппского и Лужского районов совсем недавно были отнесены к зонам проживания с льготным социально-экономическим статусом (постановление правительства РФ от 28.12.1991г, N237.) Общая площадь постчернобыльского радиоактивного загрязнения почв в Ленинградской области составляет 5711 кв.км. [эл.рес. 4]

Актуальность проблемы исследования радиационного фона и выявления областей радиационного загрязнения в моем районе подтверждают результаты анкетирования учителей (15 человек) и учащихся нашей школы с 5 по 9 класс (85 человек, 100 человек всего). (см. Приложение1)

2. Исследование радиационного фона микрорайона Звёздное Московского района Санкт-Петербурга

2.1. Радиоактивность. Радиация

Cлово “радиация” (от лат. “radiatio” - сияние) может обозначать любое излучение - процесс испускания и распространения энергии в виде волн и частиц. Но пока под радиацией будет пониматься именно ионизирующее излучение - различные виды микрочастиц и физических полей, способные ионизировать вещество (за исключением ультрафиолетового излучения и видимого света). В дальнейшем такое определение претерпит некоторые уточнения.

В 1875 году английским физиком Уильямом Круксом была сконструирована трубка, способная обеспечивать глубокий вакуум, и изучение электрического тока, проходящего через вакуум, стало удобнее. Один из опытов имеет следующее содержание: в трубку помещается кусок металла, при этом на противоположной от катода стенке фосфорицирующей трубки появляется тень. Таким образом, доказывается то, что электрический ток в вакууме возникает на катоде и движется к аноду, где он ударяется о в окружающее анод стекло и создает свечение. Однако в 70-е годы XIX столетия физики еще не знали, что именно движется от катода к аноду (открытие электрона Томпсоном состоится только в 1897 году), и потому, не имея четких выводов относительно природы такого явления, его отнесли к разряду “излучений”. В 1876 году Эуген Гольдштейн ввел понятие катодных (или тлеющих) лучей.

Волну всеобщей увлеченности исследованиями данного явления в 1894 году поймал ректор Вюрцбургского университета, Вильгельм Конрад Рентген. Он изучал причины, по которым некоторые вещества начинают светиться под воздействием катодных лучей. Так как свечение было слабым, все опыты Рентгена проходили в темной комнате, а газоразрядная трубка была плотно прикрыта чехлом из черного картона. Но 8 ноября 1895 года, профессор заметил: кусок бумаги, покрытый слоем платиносинеродистого бария, при поднесении его к трубке Крукса (закрытой чехлом), вспыхивал ярким светом при каждом разряде. После ряда дополнительных опытов Рентген заключил, что непрозрачный черный картон пронизывается каким-то агентом, возникающим при контакте катодных лучей и анода. Этот “агент” получил название Х-излучения (то есть неизвестного излучения).

Возник вопрос: а вдруг рентгеновское излучение сопровождает всякую люминесценцию в принципе и является ее продуктом? Опытной проверкой такого предположения занялся француз Анри Беккерель. Он возбуждал светом всевозможные люминесцирующие вещества, а затем подносил их к фотопластинке, обернутой черной бумагой. Испускание проникающего излучения фиксировалось почернением фотоэмульсии при проявлении. Однако из всех веществ, испытанных Беккерелем, ожидаемый результат показала только соль урана. Более того, невозбужденный образец соли давал точно такое же почернение пластин, как и возбужденный образец. Отсюда следовало, что испускание уранилсульфатом излучения не зависит от внешних воздействий. Позднее идентичный результат был получен и для нелюминесцирующих солей урана. Так 1896 год стал годом открытия естественной радиоактивности.

В магнитном поле пучок радиоактивного излучения разлагается на три составляющих, две из которых отклоняются в разные стороны (то есть являются потоками разноименно заряженных частиц), траектория третьей же остается неизменной (а, значит, эта компонента не несет в себе электрического заряда). Положительно заряженные частицы получили название -излучения, отрицательно заряженные – -излучения, а нейтральная компонента была определена как -кванты.

Теперь мы можем сузить наше действующее определение радиации до совокупности пяти видов излучения: a-частицы, -частицы, -кванты (и сходное с ним рентгеновское излучение).

2.2. Доза излучения. Единицы измерения радиации

Воздействие радиации на различные вещества, за редким исключением, сопряжено со сложными химическими изменениями в их структуре. В связи с этим существует целый ряд характеристик (так называемых доз), позволяющих оценить степень влияния ионизирующего излучения на интересующий нас объект в каждой конкретной ситуации.

Экспозиционная доза - хронологически первая из всех характеристик. Экспозиционной (читай: проще всего поддающейся измерению) дозой называют отношение суммарного заряда всех одноименных ионов в элементарном объеме сухого воздуха к массе воздуха в этом объеме. В СИ измеряется как Кл/кг; внесистемная единица измерения – рентген (Р): 1 Кл/кг=3876 Р.

Поглощенная доза: за общий знаменатель принималась энергия излучения, поглощенная в единице массы интересующего нас вещества. Принятая в СИ единица измерения поглощенной дозы – грей (Гр). Внесистемная единица измерения – рад: 1 Гр=100 рад.

Эквивалентная доза вычисляется путем умножения значения поглощенной дозы на коэффициент относительной биологической эффективности (ОБЭ). В СИ единицей измерения эквивалентной дозы служит зиверт (Зв). 1 зиверт равен количеству энергии, поглощённое килограммом биологической ткани, равное по воздействию поглощённой дозе гамма-излучения в 1 Гр. Внесистемная единица измерения – бэр: 1 Зв = 102 бэр.

Эффективная доза вычисляется как отношение суммы произведений эквивалентной дозы в органах и тканях на соответствующие взвешивающие коэффициенты (т. н. коэффициенты радиационного риска). Единицы измерения эффективной дозы соответствуют единицам измерения эквивалентной дозы.

2.3. Механизмы измерения эффективной дозы радиации

Многие современные бытовые приборы, определяющие состояние радиационного фона (дозиметры), измеряют интенсивность излучения - приращение соответствующей дозы под воздействием данного излучения за единицу времени. Несмотря на довольно широкий ассортимент дозиметров, их детекторы - чувствительные к радиации элементы, преобразующие явления, вызванные ионизирующим излучением в легко измеряющиеся величины – как правило, являются незначительными модификациями (а то и прямыми копиями) следующих устройств.

Ионизационная камера представляет собой камеру, заполненную инертным газом с примесями легкого ионизирующего соединения, а также пару электродов, находящихся в ней. При подаче на электроды напряжения в камере возникает ионный ток. Такой ток измеряется; учитывая то, что его величина прямо пропорциональна скорости возникновения ионов (то есть интенсивности излучения), мы приходим к искомому результату.

Сцинтиллятор. Принцип действия этого датчика основан на подсчете количества сцинтилляций - кратковременных вспышек света при попадании быстрых заряженных частиц на слой люминесцирующего вещества.

Счетчик Гейгера-Мюллера. Принцип его работы описывается так: в роли катода выступает металлический цилиндр (заполненный парами ртути и спирта под давлением 100 – 200 мм рт. ст.), анодом служит тонкая нить, на которую подается потенциал в размере 1000 В относительно цилиндра. Прохождение каждой ионизирующей частицы через счетчик вызывает в нем кратковременную вспышку газового разряда. Если сопротивление в цепи достаточно велико (порядка 1000 МОм), то потенциал нити остается сниженным какое-то время, и это можно наблюдать по отбросу электрометра.

2.4. Влияние радиации на живой организм

2.4.1. Общий механизм воздействия на живое

Образование свободных радикалов. В результате удаления или присоединения электрических зарядов к нейтральным атомам и молекулам они становятся положительно или отрицательно заряженными. Молекулы, получившие электрический заряд, в дальнейшем распадаются на радикалы и ионы. Затем радикалы вступают во взаимодействие с нейтральными молекулами или между собой. Ярким тому подтверждением является реакция расщепления молекул воды на Н (сильный восстановитель) и ОН (гидроксильный радикал, имеет ярко выраженные окислительные свойства). Эти радикалы активно вступают в реакцию со свободным кислородом биологических тканей, образуя перекись водорода (Н2О2) и гидропероксид (Н2О4), который также вступает в реакцию с белками и другими молекулами облученных организмов.

Генетические мутации. Молекулы ДНК, являющиеся носителями наследственного вещества высших организмов, при нормальных условиях имеют нитевидную форму в виде двойных спиралей. Под воздействием ионизирующего облучения нити ДНК резко скручиваются, между различными нитями образуются водородные мостики. Особенно характерно разрушение двойных спиралей ДНК, внутримолекулярная полимеризация, раскрытие двойных спиралей, разветвление и т. п.. Нормальная репликация после столь серьезных изменений в структуре генетического материала невозможна.

Канцерогенез и бесплодие. В связи с нарушениями строения ДНК результатами облучения могут быть следующие виды клеточных реакций: угнетение деления, разные типы хромосомных аберраций и различные летальные эффекты. Угнетение клеточного деления относится к функциональным неспецифическим клеточным нарушениям, носит временный, обратимый характер и может наблюдаться как у одноклеточных организмов, так и у клеток, составляющих ткани высших организмов. Как правило, угнетение клеточного деления является результатом воздействия малых доз излучения. При воздействии больших доз клеточное деление полностью прекращается и приводит к бесплодию. При воздействии разных видов излучений длительность обратимого угнетения клеточного деления и процент клеток, у которых деление полностью прекратилось, возрастают по мере увеличения дозы излучения. С увеличением дозы излучений все большее число клеток теряет способность к размножению или у них временно прекращается процесс деления. Одним из показателей нарушения этой способности клеток является возникновение гигантских форм клеток. Наиболее существенным является повреждение ядерного хроматина, которое часто приводит к гибели клетки (летальный эффект), либо к возникновению в ней передающейся по наследству мутации. Результатом последней может явиться злокачественное перерождение клетки и развитие новообразования.

2.4.2. Последствия влияния радиационного излучения на организм

Обосновав некоторые вероятные диагнозы, часто встречающиеся у организмов, подвергшихся радиоактивному облучению, обратимся теперь к статистике в целом.

В начале XX века по Европе прокатился настоящий онкологический мор. Ведь в первые годы после открытия естественной радиоактивности соединения радия считались панацеей. Радий добавляли и в шоколад, и в женскую косметику, и в зубную пасту, и в краску для циферблата часов. Большим спросом пользовались и радиевые пластины от импотенции. Как итог – к 1907 году было зафиксировано 7 смертей от ионизирующей радиации, не считая многочисленных жалоб на дерматиты и химические ожоги.

Вторым поводом задуматься становится трагедия на островах Хиросима и Нагасаки в 1945 году. В августе 2009 года количество погибших в результате применения ядерного оружия на этих островах достигло 413 тысяч людей (в том числе и потомков тех, кто был рожден облученными родителями). Опыт экстренного реагирования радиобиологов на эту трагедию помог при ликвидации последствий взрыва на Чернобыльской АЭС.

1956 годом датируется первая научная статья о влиянии радиации на течение беременности – оказывается, что детишки, умершие от рака в Англии в 1953-1955 гг., получили внутриутробно вдвое большую дозу радиации при рентгеновском исследовании матерей, чем не заболевшие раком.

5. Радиационный фон

2.5.1. Естественный радиационный фон

Большинство людей ежеминутно подвергается радиационному облучению, даже не подозревая об этом. Речь идет о воздействии фоновой радиации, имеющей природные источники. Дозы облучения, получаемые населением по причине фоновой радиации, обычно варьируются от 1,5 до 3,5 миллизивертов в год, но в отдельных регионах они могут превышать 50 мЗ в/год. Наиболее высоки уровни фоновой радиации в индийских штатах Керала и Мадрас. Население, проживающее на этой территории (около 140 тысяч человек), получает дозы облучения, превышающие 30 мЗв/год. Из них половина приходится на гамма-излучение, а половина на радон. Сравнимому в количественном отношении облучению подвергается население отдельных районов Бразилии и Судана. Там среднегодовая доза облучения достигает 40 мЗв [8].

Известно также, что в некоторых регионах Ирана, Индии и Европы уровень фоновой радиации очень высок – кое-где он достигает 260 мЗв/год (Рамсар, провинция Ирана). Однако в данных регионах не наблюдается ни повышения уровня заболеваемости раком, ни другими болезнями, которые традиционно относят за счет избыточного радиационного облучения.

2.5.2. Искусственный радиационный фон

Ионизирующее излучение используется при проведении медицинских процедур и в некоторых производственных процессах. Чаще всего нам приходится сталкиваться с рентгеновским излучением. Доза радиации, получаемая населением от фоновой радиации, составляет в среднем 88% от общей годовой дозы облучения, 12% облучения население получает в ходе медицинских процедур.

2.5.3. Санитарные нормы

В отношении радиоактивности существует очень много норм. Во всех случаях проводится различие между населением и персоналом, т.е. лицами, чья работа связана с радиоактивностью. Далее будем говорить только о нормах для населения - той их части, которая прямо связана с обычной жизнедеятельностью, опираясь на Федеральный Закон "О радиационной безопасности населения" № 3-ФЗ от 05.12.96 и "Нормы радиационной безопасности (НРБ-99). Санитарные правила СП 2.6.1.1292-03".