По определению, это "раздел экологии, изучающий влияние радиоактивных веществ (нуклидов) на организмы, распределение и миграцию нуклидов в ценоэкосистемах (популяциях, био-цено-тической среде, особенно в почве, биоценозах)".Что же такое радиоактивные вещества (нуклиды) и радиация? Слово "радиоактивность" ввела в обиход Мария Кюри-Склодовс-кая, которая вместе с Пьером Кюри изучала распад ядер химических элементов. Все началось в 1896 г., когда французский ученый Анри Беккерель вдруг обнаружил, что фотографическая пластинка, защищенная от света по всем правилам темной светонепроницаемой бумагой, оказалась засвеченной. На ней вырисовывались некоторые контуры, хотя защитный пакет не был вскрыт. Оказалось, что на пакете с фотопластинкой лежал кусок какого-то минерала. Это не могло не заинтересовать, и вскоре выяснилось, что причиной этого был уран, находившийся в данном куске минерала. Начались интенсивные опыты, которые однозначно показали, что уран излучает, и это излучение засвечивает фотопластинку. Но измерения показали, что излучающий уран перестает быть ураном (по крайней мере, часть его) и превращается в другой химический элемент. Но и этот элемент излучает, превращаясь в новый элемент. Что же происходит конкретно? Атом любого химического элемента состоит из ядра и электронов, которые вращаются вокруг ядра. Это напоминает устройство нашей Солнечной планетной системы. Поэтому специалисты говорят "планетарная модель атома". Почти вся масса атома сосредоточена в его ядре, поскольку орбитальные электроны в тысячи раз легче частиц, из которых состоит ядро. А ядро любого атома состоит из двух типов частиц— протонов и нейтронов (нейтральных в смысле электрического заряда). Весь атом целиком, если он не поврежден, имеет столько же отрицательных электрических зарядов (их несут на себе орбитальные электроны), сколько положительных электрических зарядов содержится в ядре (их несут на себе протоны). Поскольку как электрон, так и протон могут нести на себе только по одному заряду, то из сказанного выше следует, что количество орбитальных электронов в атоме в точности равно количеству протонов, которые находятся в атомном ядре. Собственно, это количество и является основным паспортом данного химического элемента, тем главным свойством, лицом, которое определяет его отличие от других химических элементов, например, водород от урана. По-иному обстоит дело с нейтронами, которые наряду с протонами имеются в ядре. Чаще всего нейтронов в ядре столько же, сколько и протонов. Но имеются и химические элементы, в атомных ядрах которых нейтронов больше, чем протонов. Любопытно, что один и тот же химический элемент (например, уран), имея в ядре одно и то же количество протонов, может иметь там разное (не любое!) количество нейтронов. Так что имеется несколько химических элементов "уран". Чтобы их различать, к химическому символу элемента добавляют число, равное общему числу всех частиц (протонов и нейтронов) в ядре. Например, уран-238 содержит 92 протона и 146 нейтронов, тогда как уран-235 на те же 92 протона (у любого урана протонов всегда 92!) приходится 143 нейтрона. Такие химические элементы называются изотопами ("изо" значит равный, то есть равное количество протонов). Один и тот же химический элемент может иметь разное количество изотопов. Ядра изотопов обычно называют "нуклидами" (от слова нуклеос— ядро) . Чаще можно слышать слова "радионуклиды". Дело в том, что большинство ядер изотопов являются нестабильными, то есть они могут разваливаться, разрушаться. В процессе такого разрушения ядра излучают, поэтому их и называют не просто нуклидами, а радионуклидами, то есть излучающими ядрами.
Как происходит это излучение? Нестабильное ядро изотопа отделяет от себя комплекс из четырех частиц— двух протонов и двух нейтронов. Этот комплекс не случаен, он очень стабилен и представляет собой не что иное, как ядро химического элемента гелия. Если из ядра выбрасывается несколько протонов (скажем, два, входящие в описанный комплекс), то атом оказывается заряженным, поскольку положительных электрических зарядов внутри ядра стало на два меньше, чем число отрицательных электрических зарядов, которые несут на себе орбитальные электроны. Чтобы атом оставался электрически нейтральным, из него должны быть удалены лишние два электрона. Так что надо ожидать, что из нестабильного (радиоактивного) нуклида будут выбрасываться (излучаться) как ядра гелия, так и электроны. Но и это не все. Нестабильный радионуклид может сбрасывать лишнюю энергию в виде волнового, электромагнитного излучения. Его называют квантами.
Когда исследовали природу испускаемого радионуклидами излучения, то установили, как это излучение взаимодействует с магнитным полем. Физикам давно известно, что если частица несет на себе электрический заряд и движется поперек магнитного поля или наискосок к нему, то она под действием магнитного поля изменит направление своего движения — ее траектория будет закручиваться вокруг силовых линий магнитного поля. Любопытно, что частицы, заряженные положительно, будут закручиваться в одну сторону, а заряженные отрицательно — в противоположную сторону. В таких экспериментах ученые определяют знак электрического заряда частицы, несмотря на то, что сама частица является невидимой. Это возможно потому, что невидимые (из-за малых размеров) элементарные частицы в специальных камерах оставляют видимый след. Поэтому исследователь, зная направление магнитного поля, может по форме этого следа определить знак электрического заряда пролетающей элементарной частицы.
Мы говорили, что из радионуклида могут излучаться ядра гелия, электроны и кванты. Но в научной литературе, да и в широком обиходе совсем другие названия: говорят об альфа-излучении, бета-излучении и гамма-излучении, или о гаммах-квантах. Как это понимать? Проводя описанные выше эксперименты, ученые установили, что весь поток излучения из ядра в магнитном поле разделяется на три потока. Один из них при прохождении через магнитное поле отклонялся вправо, другой— влево, а третий присутствия магнитного поля не почувствовал — он продолжал двигаться так, как будто магнитного поля и вовсе не было.
Исследователи назвали эти три потока, три излучения первыми тремя буквами греческого алфавита: альфа, бета и гамма. Поэтому ядра гелия получили название альфа-излучения, электроны— бета-излучения, а независимые от магнитного поля кванты электромагнитного поля— гамма-излучения, или гамма-квантов. Общее между этими тремя излучениями только то, что они волею судьбы обозначены исследователями буквами, которые находятся рядом в греческом алфавите. Поэтому, когда речь идет о радиоактивности, об излучении радионуклидов, не удовлетворяйтесь общими цифрами, общими данными, а обязательно выясните, какое именно излучение имеет место в данном конкретном случае: альфа, бета или гамма. Вопрос этот отнюдь не праздный, поскольку эти излучения вредны для здоровья. В больших дозах они могут быть даже опасными не только для здоровья, но и для самой жизни. Первым это осознал сам Анри Беккерель. Он пробирку с радиоактивным радием положил в карман и получил ожог кожи.
Как только вы будете знать, с каким излучением вы имеете дело (альфа, бета или гамма) , вам станет ясна степень опасности. Все эти излучения, попадая в организм, разрушают ткани, клетки, расстраивают его работу. К сожалению, это стало ясным не сразу и первые исследователи поплатились за свое научное любопытство не только здоровьем, но и жизнью. Сама Мария Кюри умерла от злокачественного заболевания крови, которое возникло как результат частых облучений. И еще не менее 336 человек, исследовавших радиоактивность в то время, облучились и ушли из жизни преждевременно. Важно понимать, что альфа-частицы (альфа-излучение) во много тысяч раз тяжелее бета-частиц, то есть электронов. Известно, что легкий шарик может легче преодолеть препятствия, среду, чем тяжелый. Поэтому от альфа-излучения вы можете защититься листом бумаги. Бумага задержит поток альфа-частиц. Если вы не защитились от альфа-излучения листом бумаги или чем-нибудь другим, то вас от него защитит наружный слой вашей кожи, состоящий из омертвевших клеток. Другое дело, если альфа-частицы попадут в ваш организм при дыхании, вместе с пылью и воздухом. Или при еде, вместе с пищей. Этого надо беречься! Что касается бета-излучения (потока электронов), то его проникающая способность намного выше (поскольку они легче). От него листом бумаги защищаться нельзя. Если вы не защитились, то бета-излучение пройдет в ткани вашего организма на глубину один-два сантиметра и последствия этого будут зависеть от количества энергии, которую они внесли в организм.
Что касается гамма-излучения, то его проникающая способность еще больше, намного больше. От него можно защититься только толстой свинцовой или бетонной плитой.
Ясно, что радионуклиды опасны как непосредственно для человека, так и косвенно, поскольку они в конце концов по пищевой цепочке попадут к человеку. Поэтому актуальным является вопрос, как долго они сохраняются, как долго они излучают. Сам процесс распада радионуклидов очень непростой. Специалист сказал бы— многоступенчатый. Посудите сами: уран-230 излучает альфа-частицу и превращается в торий-234. Торий-234 превращается в про-тактиний-234, излучая при этом бета-излучение (электроны) . Последний превращается в уран-234, излучая при этом бета-частицы. Далее следуют торий-230 (с излучением альфа-частиц), радий-22 6 (с излучением альфа-частиц), радон-222 (альфа-частицы) , полоний-218 (альфа-частицы) , свинец-214 (альфа-частицы) , висмут-214 (бета-частицы), полоний-214 (бета-частицы) , свинец-210 (альфа-частицы) , висмут-210 (бета-частицы), полоний-210 (альфа-частицы) , свинец-206. Вот такая длинная цепочка превращений и одновременно излучений от радионуклида уран-238 до стабильного ядра свинца-206. Но эта цепочка еще ничего не говорит о скорости распада радионуклида.
Если имеется некоторое количество нестабильных радиоактивных ядер (радионуклидов) , то распадаясь, они изменяют свое количество весьма своеобразно. Судите сами: если вы расходуете какой-то продукт, то каждый день его становится меньше, скажем, на один килограмм. Сегодня есть 20 кг, завтра 19, и т. д. Что же касается изменения количества распадающихся радионуклидов, то тут закон такой: через какое-то время его количество уменьшается ровно вдвое (половина распалась), затем ровно через такое же время из оставшегося количества радионуклидов остается ровно половина, затем через такое же время остается ровно половина от половины. Поэтому говорят о времени— периоде полураспада. У одних радионуклидов этот период очень маленький, у других больше, а у третьих он огромный. Например, протактиний-234 распадается почти моментально (за время чуть больше минуты его становится вдвое меньше) , а половина всех атомов урана-238 превратится в торий-234 только за четыре с половиной миллиарда лет. Зная период полураспада данного радионуклида, можно рассчитать, как быстро он исчезнет или, по крайней мере, перестанет быть опасным для здоровья окружающих.
Кроме периода полураспада радионуклидов специалисты используют и другой показатель — число распадов в данном образце в продолжение одной секунды. Именно в данном образце, поскольку если вы удвоите образец, то число распадов в секунду станет иным (оно удвоится) . Поэтому эту характеристику относят именно к конкретному источнику, к конкретному образцу. Собственно, это число распадов и называется активностью, радиоактивностью данного образца. Если происходит один распад в одну секунду, то такую единицу назвали беккерелем в честь ученого, открывшего радиоактивность . Беккерель обозначается Бк, и является единицей измерения в системе СИ (система интернациональная) .
Главный вопрос, который волнует нас сейчас, в данной книге, это тот вред, который может быть нанесен человеку различными факторами, прежде всего теми, которые вызвал к жизни сам человек. Поэтому к излучениям альфа, бета и гамма следует добавить и рентгеновское, которое вызвано к жизни человеком (радиоактивные вещества, которые рассеяны в окружающей среде, рентгеновское излучение не испускают). Рентгеновское излучение испускается атомами, когда от них отрывают внешние электроны. Действие гамма и рентгеновского излучения на живой организм в принципе одинаково (конечно, с учетом дозы).
Имеется и еще один источник излучения, опасного для живого организма. Это потоки нейтронов — тех нейтронов, которые вместе с протонами образуют атомные ядра. Под действием достаточно энергичных (быстрых) нейтронов атом может терять стабильность, он возбуждается, беря на себя часть энергии нейтрона. Эта энергия со временем излучается. Поэтому материалы и ткани, которые были нерадиоактивными, после облучения потоком нейтронов сами начинают излучать, то есть становятся радиоактивными, у них возникают очаги радиоактивности, то есть облученные места. Так, высокоэнергичные ("быстрые") нейтроны способны вызвать поражения живой ткани, которые в десять раз сильнее тех, которые вызываются гамма-излучением. "Медленные" нейтроны примерно вдвое менее эффективны в этом плане. Потоки нейтронов образуются во всех процессах при образовании радиоактивных веществ. Они обнаруживаются в местах ядерных взрывов и вблизи реакторов.
Рассмотрим, какие изменения в организме могут вызвать различные излучения и как от них защищаться? Говоря об этом, специалисты используют понятие дозы. Что это такое?
Все знают, что имеются дозы излучения, безопасные для организма, так же, как и опасные. Как они определяются? Во-первых, имеются различные дозы. В принципе доза— это количество энергии, переданной излучением организму. Но говорить обо всем организме как о едином целом недостаточно. Ведь при одинаковой дозе облучения различных органов последствия будут различны, поскольку одни органы в большей степени подвержены воздействию радиации, а другие— в меньшей степени. Так, при одинаковой дозе облучения человека возникновение рака легких у него более вероятно, чем рака в щитовидной железе. Или особенно опасно облучение половых желез. И не только потому, как это часто считают, что может наступить стерильность, но прежде всего потому, что в результате такого облучения имеется очень большая вероятность генетических повреждений. Поэтому надо говорить не просто о дозе, а конкретно о той дозе, которую получил данный орган. При этом надо, естественно, знать, что собой представляло это излучение — альфа-, бета- или гамма-излучение. Надо иметь в виду, что если организм получил (поглотил) одинаковую дозу каждого из этих трех излучений, то наиболее опасным является именно альфа-излучение. Оно в 20 раз опаснее других видов излучений и производит в организме наиболее серьезные разрушения, имеющие плохие последствия.
Дозу, поглощенную организмом, имеет смысл определять на единицу массы, иначе она теряет смысл. Такая доза (поглощенная доза), то есть количество энергии излучения, которое поглотилось единицей массы физического тела (например, тканями живого организма) , в СИ измеряется в греях (Гр, Gy). 1 Гр =1Дж/кг. Но эта доза не учитывает тип излучения (альфа-, бета- или гамма-излучение) . Если такой учет произвести, то есть привести все излучения к единому знаменателю (умножить сильнодействующие излучения на соответствующие множители) , то получится эквивалентная доза. В системе СИ ее измеряют в зивертах (Зв, Sv) . Эквивалентная доза в один зиверт соответствует поглощенной дозе в один грей, но только для бета- и гамма-излучений и рентгеновских лучей. Но для альфа-излучения эту величину надо умножить на 20.
Если весь организм подвергся облучению, то для объективной характеристики риска заболевания мы должны учесть то, о чем говорилось выше, а именно: различную чувствительность, а точнее , повреждаемость разных органов. Для этого надо эквивалентную дозу для каждого органа умножить на коэффициент его повреждаемости (если можно так сказать) . Сложив полученные таким образом эквивалентные дозы, получим эффективную эквивалентную дозу, которая отражает весь суммарный эффект облучения (для всего организма) . Эта доза также измеряется в зивертах.
Для того, чтобы понимать, о чем сообщается в прессе, по телевидению и радио, необходимо различать эти дозы. Если речь идет о беккерелях — это одно, если о греях — другое, а если о зивертах — третье. Правда, чаще вы услышите о других единицах. Так, единицу активности изотопа измеряют не только беккерелями, но и кюри (Ки, Си) . Связь между ними следующая: 1Ки =3,700^1010Бк.
Единица радиоактивности в один кюри— это такое количество радиоактивного материала, в котором каждую секунду распадается 3,7 •Ю10 атомов, или, другими словами, происходит 2,2^1012 распадов в минуту. Почему именно столько распадов названо единицей радиоактивности? Да потому, что это радиоактивность одного грамма радия, с которым работали Кюри. Радиоактивный натрий в десять миллионов раз активнее, поэтому такую же радиоактивность имеет одна десятимиллионная часть грамма радиоактивного натрия. В науке и практике используют единицы радиоактивности, которые в тысячу (милли), миллион (микро), миллиард (нано) и триллион (пико) раз меньше одного кюри. Их так и называют: милликюри (10-3 Ки) , микрокюри (10-6 Ки) , нанокюри (10-9 Ки) и пикокюри (10-12 Ки) .
Поглощенную дозу часто измеряют не в греях, а в сотых долях грея. Такую единицу называют рад. Значит, 1 рад = 0,01 Гр. В тех случаях, когда измеряется радиоактивность электромагнитного излучения, то есть гамма-излучения или рентгеновских лучей, единицу в один рад называют одним рентгеном. Рад и рентген можно считать одним и тем же только в том случае, когда речь идет о воздействии гамма- и рентгеновского излучения на живые организмы. Используют и единицы в тысячу раз меньшие— миллирентгены. По радио вы часто слышите о дозах в столько-то миллирентген. Эта единица действительно удобна для измерения тех уровней излучений, которые часто регистрируются в окружающей среде. Ясно, что речь в данном случае идет о суммарной дозе. Для характеристики опасности излучения лучше говорить не о суммарной дозе, а о ее мощности, то есть дозе за определенный интервал времени. Поэтому говорят: "столько-то миллирентген в час".
Эквивалентную дозу измеряют часто не в зивертах, а в бэрах. 1 бэр = 0,01 Зв. Указанные выше дозы характеризуют один организм (с учетом вида излучения и чувствительности каждого органа). Но на практике надо иметь и некие характеристики облучения коллективов. В этом случае поступают просто: суммируют индивидуальные эффективные эквивалентные дозы для всех членов коллектива и получают коллективную эффективную эквивалентную дозу. Она измеряется уже не в зивертах, а в человеко-зивертах (чел.-Зв) . Это мы суммировали дозу по всем членам коллектива. Если же мы хотим оценить дозу, полученную коллективом за какое-то время, то надо суммировать ее не только по всем членам коллектива, но и по всему отрезку времени, который нас интересует. Можно в этот период включить все время, какое будет существовать данный источник, облучающий данный "коллектив" (из поколения в поколение). Так мы получим величину ожидаемой (полной) коллективной эффективной эквивалентной дозы. Специалисты различают острые и хронические дозы облучения. Острые— это большие дозы облучения за короткое время (минуты или часы). Хронические дозы— это дозы облучения, которому подвергается организм на протяжении всего своего жизненного цикла. Облучение в хронических дозах не обязательно приводит к заболеваниям.
Далее рассмотрим источники радиации и последствия облучения людей. Как уже говорилось, альфа-излучение внутрь организма не проникает. Бета-излучение проникает только на один-два сантиметра вглубь тканей организма. Поэтому они могут действовать на организм повреждающе только в том случае, если попали внутрь организма с воздухом (пылью) и пищей. Естественно, что эти источники излучения специалисты называют "внутренними". Электромагнитные излучения (гамма- и рентгеновское) без труда пронизывают всю толщу организма, повреждая его. То есть они наносят вред организму, находясь вне нас. Поэтому специалисты называют эти источники "внешними". Установлено, что чем выше уровень развития организма и чем больше его сложность, тем меньшая доза излучения способна его повредить и даже привести к гибели. Ясно, что организм человека является таковым, поэтому радиоактивные излучения для него наиболее опасны. Опытным путем показано, что наибольшей чувствительностью к радиации обладают млекопитающие (в том числе и человек) . Микроорганизмы находятся на другом конце шкалы чувствительности— они наиболее устойчивы по отношению к радиации. Между этими двумя крайностями находятся семенные растения, а также низшие позвоночные. Важно иметь в виду и еще одно свойство: наиболее чувствительны к облучению быстроделящиеся клетки. Именно поэтому дети намного чувствительнее к радиации, чем взрослые.
Показано, что у высших растений чувствительность к радиации прямо пропорциональна размеру ядра клетки, а точнее объему хромосом или же содержанию ДНК. Поэтому у разных растений чувствительность к облучению может различаться в тысячи раз — настолько разный у них объем хромосом. Конечно, если растение экранирует (защищает) себя от радиации (например, тем, что находится под землей), то его реальная чувствительность значительно уменьшается в результате этой защиты.
Что же касается животных (в том числе и человека), то для них такой простой зависимости между строением клеток и чувствительностью к радиации не обнаружено. В наше время больше всего говорят и пишут об источниках радиации, которые создал сам человек. Но при этом далеко не все представляют себе, что они часто и в больших дозах подвергают себя облучению естественными источниками. Правда, бывает так, что источник радиации естественный, но человек приложил к нему руку и приблизил его к людям, сделал его эффективным для людей облучателем. Например, при производстве удобрений используются фосфаты, которые содержат в довольно большой концентрации уран— источник радиоактивности. При разработке фосфатных месторождений добывают во всем мире огромное количество фосфатов (с ураном, конечно). Полученные удобрения являются радиоактивными (это кроме того, что при переработке руды выделяется радон— опасный источник радиации). Дальнейший путь радиации очень прост — прямо на стол потребителю, то есть каждому из нас. Особенно опасно, если вещества, содержащие фосфаты, скармливают скоту. Кстати, это очень широко практикуется и является чуть ли не вершиной достижений в сельском хозяйстве. Процесс накопления идет и в том случае, если фосфатные удобрения вносят в почву в жидком виде, что тоже широко применяется в развитых странах.
Другой пример. При переработке фосфорных руд образуется необычный продукт — кальций-силикатный шлак. Он обладает высокой удельной радиоактивностью. Тем не менее он применялся (и применяется) при изготовлении бетона. Это тоже очень эффективно приближает источник естественной радиации к человеку (к сожалению) . При переработке фосфорных руд получают и другой полезный при строительстве материал— фосфогипс. Он широко применяется при изготовлении строительных блоков, сухой штукатурки, перегородок и цемента. Радиоактивность фосфогипса значительно больше радиоактивности природного гипса. А изготовлено из него было очень много долгоживущих источников радиации, которые также были максимально приближены к человеку — рядом (в прямом смысле) с ними он жил и работал. Приводятся такие цифры. Только в 1974г. и только в Японии было освоено (израсходовано) 3 млн. т этого материала. Специалисты подсчитали, что только из-за применения фосфогипса в 1977 г. ожидаемая коллективная эффективная эквивалентная доза (то есть доза на всех и за все время, пока этот источник будет излучать) составляет около 300 000 чел.-Зв. Из-за применения фосфатных удобрений (с ураном) эта доза (за год) составляет 6000 чел.-Зв.
Как обстоит дело с другими стройматериалами? Так, большой удельной радиоактивностью обладают гранит и пемза, которые используются в качестве строительных материалов. При производстве бетона используют глиноземы. Но было установлено, что они не просто радиоактивны, а очень радиоактивны. Столь же опасны из-за их высокой радиоактивности кирпич из красной глины (который вырабатывается из отходов производства алюминия), доменный шлак (из отходов черной металлургии), зольная пыль (образуется при сжигании угля) . Надо ли говорить о вредности радиоактивных отходов урановых рудников (пустая порода из отвалов обогатительных фабрик, которые производят урановый концентрат) , которые широко применялись в строительстве, даже в США. Использовали отходы (естественно, радиоактивные), которые оставались после извлечения из руды радия. Это Канада. Примеров из СССР и России у нас нет. Из зарубежной практики приводятся такие данные. Дома строили на отходах урановых рудников (США) , на отходах переработки глинозема, естественно, радиоактивного (Швеция), на территории, регенерированной после добычи фосфатов (США), на отходах, которые остались после извлечения радия (Австралия) . Наш отечественный опыт также, несомненно, имеется.
Человек, находящийся в помещении, облучается не только потому, что стены и междуэтажные перекрытия сделаны из радиоактивных материалов. Кстати, наиболее приемлемым с этой точки зрения стройматериалом является дерево. Так вот, имеется и другая радиоактивная опасность, причем не меньшая. Это радон (источник радиоактивности), который попадает внутрь помещения из грунта под зданием вместе с природным газом, с водой, а также с наружным воздухом. Проблема радона очень серьезная, хотя на нее почти не обращают внимания. А между тем радон является наиболее мощным естественным источником радиации. Радон— это газ, который в 7,5 раза тяжелее воздуха. Поэтому он в стационарных, спокойных условиях оседает на дне домов — в подвалах: чем выше, тем его меньше. Радон излучает не только сам. Излучают и радиоактивные продукты, которые образовались при его распаде. Сейчас установлено, что примерно за половину всей радиации от естественных источников отвечает радон и продукты, порождаемые им. Если учитывать только те источники излучения, которые исходят из земли, то на радон приходятся все 75%.
В природе радон имеется в виде радона-222 и радона-220. Первый является членом радиоактивного ряда, который образуется в результате распада урана-238. Второй— в результате распада тория-232. Первый вносит основной вклад в суммарную дозу облучения (примерно 95%) . Но надо иметь в виду, что излучает не только сам радон, но и радиоактивные продукты его распада. Их вклад намного больше, чем вклад самого радона.
Специалисты подсчитали, что в типичном доме радона поступает из грунта под зданием и от стройматериалов оценочно 60 кБк/ сутки (то есть 60 килобеккерель в сутки), вместе с наружным воздухом— 10 кБк/сутки, вместе с водой— 4 кБк/сутки и с газом— 3 кБк/сутки. Мало кто подозревает о существовании этих радиоисточников. Проветривать помещение важно, прежде всего, для того, чтобы очистить его от радона. Среди специалистов широко известна так называемая "шведская проблема" — высокие концентрации радона в помещениях. Шведы перестарались— в целях экономии тепла (энергии) они свели обмен воздуха в помещениях к минимуму, герметизируя помещения и сводя к минимуму вентиляцию.
Что касается воды, то попадание радона с водой в организм не столь опасно и не столь значительно. Во-первых, сырую воду потребляют не часто, а при кипячении радон почти полностью улетучивается. Но даже сырая вода с радоном, попавшая в организм, не столь вредна и опасна, как радон, попадающий в легкие. А ведь распыляя воду в ванной с помощью душа, вы переводите радон из воды в воздух, а затем и в легкие. Вот где в квартире имеется опасность облучения — под душем! На кухню радон поступает вместе с природным газом. Поэтому (и поэтому!) нужны вытяжки. Но даже при отсутствии вытяжки на кухне концентрация радона в ванной примерно в три раза может превысить таковую на кухне. Таким образом, в помещениях (жилых и производственных) следует прежде всего защититься от радона, поступающего из подвалов, а точнее из грунта под домом. Для этого надо загерметизировать междуэтажные перекрытия, а в подвалах установить принудительную вентиляцию. Вентиляция нужна и в ванной, а на кухне надо установить вытяжку.
Естественным источником радиоактивности является и каменный уголь. Радионуклиды присутствуют в угольных породах, хотя и в меньших количествах, чем в земной коре (если считать в среднем). Но дальнейший путь этих радионуклидов такой, что их концентрация увеличивается. Уголь сжигают и при этом минеральные компоненты его превращаются в воду и шлак, которые и содержат радиоактивные вещества. Дальнейший путь этих радиоактивных веществ лежит через трубу электростанции в наши помещения. Та их часть, которая не попала к нам сразу, попадает в пыль, а затем, рано или поздно, все же попадает к нам. Но уголь сжигают не только на электростанциях, но и в печах и каминах жилых домов. Подсчеты показывают, что в сумме это дает значительный эффект (конечно, отрицательный) : в трубы вылетает не меньше радиоактивной золы, нежели в трубы электростанций. Причем вылетает и тут же оседает, поскольку трубы низкие. В результате все получают весьма приличную ожидаемую коллективную эффективную эквивалентную дозу облучения. Для всей Земли она составит 100 000 чел.-Зв.
Зольную пыль собирают очистные устройства. Собирают и пускают в дело — добавляют к бетонам и цементам. А далее прямой путь радиоактивной, зольной пыли к каждому из нас, поскольку она оказывается в стенах и перекрытиях нашего дома.
Термальные источники также являются источником радона. Кроме радона в горных породах Земли содержатся радиоактивные изотопы калий-40, рубидий-87, а также два радиоактивные ряда (семейства) . Один берет начало от распадающегося урана-238, а другой— от тория-232. Эти изотопы являются долгоживущими. Естественно, что указанные радиоактивные изотопы (радионуклиды) распределены на Земле неравномерно, в определенных местах имеются значительные превышения их концентрации над средними значениями. Земная атмосфера непрерывно бомбардируется космическими лучами — потоками заряженных частиц высоких энергий, которые приходят от Солнца. Их траектории направляются магнитным полем Земли. Поэтому большая часть этих частиц попадает в приполярные области Южного и Северного полушарий. Так или иначе, радиационный фон, который создают космические лучи, составляет почти половину внешнего облучения, которому подвергается население от источника радиации естественного происхождения. Космические лучи приходят из двух источников — от Солнца (солнечные космические лучи) и из Галактики (галактические космические лучи). Они по своим характеристикам различаются, но результат их воздействия на атмосферу Земли один и тот же. Они взаимодействуют с атомами и молекулами атмосферного газа, порождая при этом вторичное излучение. В результате образуются различные радионуклиды.
Проходя через атмосферу, заряженные частицы (космические лучи) теряют свою энергию и поэтому часть из них застревает в атмосфере и не доходит до поверхности Земли. Поэтому чем выше, тем больше радиация, обусловленная космическими лучами. Так, если на уровне моря доза за счет космических лучей составляет 300 микрозивертов (миллионных долей зиверта) в год, то на высоте 1200 м уровень облучения за счет космических лучей увеличивается примерно в 25 раз. Поэтому полеты на сверхзвуковых самолетах небезобидны в смысле облучения. Чем выше над уровнем моря, тем радиоактивный фон больше. Особенно большим он может оказаться в высоких горах, которые содержат гранитные породы: в гранитных скалах содержится больше радионуклидов.
Внизу, на уровне земли, а точнее моря, уровень естественного фона в разных местах может отличаться в 3—4 раза. В это фоновое излучение большой вклад вносят излучения радиоактивных веществ, которые содержатся в воде и почве.
Мы рассмотрели, как радон попадает внутрь организма человека с водой и воздухом. Но он, как и другие радионуклиды, попадает внутрь человека и с пищей. Пути понятны— это пищевые цепочки. Например, радионуклиды попадают в надземные части пищевых культур, а оттуда прямым путем в желудок человека. Этот путь может быть и непрямым. Один из вариантов: радионуклиды попадают в состав растений (травы) на пастбище, а затем в молоко коровы, которая паслась на пастбище, и после этого в пищу человеку. Вариант второй: корову, которая паслась на этом пастбище, забивают, и говядина (с радионуклидами) попадает на стол человеку. Итог каждый раз один и тот же. Если речь идет не о пастбище, а о лишайниках в арктических широтах, то это дела принципиально не меняет: в лишайниках накапливаются радионуклиды (свинец-210 и полоний-210), и поэтому попадают в мясо северного оленя, которым питаются люди. Специалисты отмечают, что в мясе северных оленей особенно велико содержание полония-210. За длинную зиму олени концентрируют в себе большие количества радионуклидов (превышение над нормой может составлять 35 раз). В Австралии нет северных оленей. Там люди получают высокие концентрации радионуклидов вместе с мясом и требухой овец и кенгуру . Форма сути не меняет. В рыбе и моллюсках также концентрируются радионуклиды— свинец-210 и полоний-210. Затем они с пищей попадают к людям. Во всех трех случаях источник облучения попадает внутрь человека и облучение перестает быть внешним оно превращается во внутреннее облучение. А оно, к сожалению, более эффективно.
Наряду с различными естественными источниками радиации человек создал разнообразные искусственные, рукотворные, антропогенные источники облучения. Их так много, что все здесь не перечислить. Так, это источники, связанные с работой атомных электростанций (включая аварии на АЭС) ; источники, связанные с производством, хранением и функционированием, если можно так сказать, атомного и ядерного оружия; самые разные источники радиации, которые используются в медицине как с целью диагностики (выявления заболеваний), так и для проведения лечения; источники, с помощью которых обнаруживают пожары; источники, которые наносят (наносили) на циферблат часов, чтобы он был хорошо виден в темное время, и т. д. Источников радиации создано слишком много — от малых до огромных, от находящихся на циферблате наручных часов до разбросанных по миру в результате взрыва Чернобыльской АЭС, а также взорванных атомных и ядерных бомб. Это огромное хозяйство очень опасных вещей не может функционировать идеально и очень часто дает сбои, в результате которых как отдельные люди, так и большие коллективы получают дозы облучения, которые во много тысяч раз превышают облучения, обусловленные естественными источниками радиации.
Чего стоит только одно применение источников радиации в медицине! Авторитет медицины всегда был велик, особенно у нас в стране. Поэтому мало кто сомневался в безопасности для своего здоровья облучений, которые он принимает во время получения рентгеновских снимков. Их делали и днем и ночью, и зимой и летом, по всякому поводу и без любого повода, просто из любопытства, так, чтобы посмотреть, что же там имеется. И так по всей огромной стране. Кроме того, в медицине в свое время широко стал применяться "мирный атом"— меченые атомы— изотопы. Эта вещь очень полезная, очень информативная и даже может быть безопасной, но только при строгом соблюдении правил безопасного применения. Всегда ли они выполнялись и выполняются?
В настоящее время ведущие ученые-медики— специалисты по радиационной медицине считают, что медицина слишком увлекается просвечиванием рентгеном и применением облучения в целях диагностики и лечения. После того как туберкулез стал практически редким заболеванием, проводить массовые облучения людей (их грудной клетки) не только не оправданно, но и почти преступно. Здоровью населения наносится огромный вред. Что касается возможного раннего обнаружения при этом рака легких— то это мало чего дает, помочь больному в этом случае все равно невозможно. Правда, в развитых странах увлечение просвечиванием людей по всякому поводу проходит. Возможно, со временем так будет и у нас. Хочется отметить еще и очевидное: при применении источников облучения надо прежде всего быть уверенным, что соответствующая техника работает исправно, как ей предписано. Но сколько раз каждый из нас слышал: "Подождите, пока проявим снимок, возможно, его надо повторить". И повторяют, иногда даже по нескольку раз.
Уменьшить дозу облучения можно разными способами. Большинство из них очевидны. Это настройка аппаратуры на оптимальный режим, экранирование тех частей организма, облучать которые нет необходимости, уменьшение дозы до минимума, фильтрация самого излучения. Последнее означает, что пропускает только ту часть излучения, которая необходима. Остальную его часть задерживают фильтром. Это чем-то напоминает применение светофильтров, которые пропускают из всего видимого света только свет определенного цвета, то есть определенной длины волны. При диагностике и лечении раковых заболеваний в настоящее время применяют новую аппаратуру, позволяющую существенно локализовать область облучения и значительно уменьшить дозу. Применение метода компьютерной томографии позволяет уменьшить дозы облучения в несколько и даже в десятки раз (зависит от того, какой орган облучают) по сравнению с обычным методом. Конечно, при таких низких дозах можно себе позволить значительно увеличить число обследуемых лиц.
Мы уже говорили о том, что облучение половых органов может привести к генетическим изменениям. Дозу, при которой наступает такая опасность, называют генетически значимой эквивалентной дозой и сокращенно обозначают как ГЗД. Чтобы рассчитать эту дозу, надо дозу облучения половых желез умножить на вероятность того, что облученный будет иметь детей. Ясно, что если по возрасту последнее исключено (вероятность достоверно равна нулю) , то говорить об этой дозе лишено смысла. Надо иметь в виду, что половые железы облучаются в разных случаях — при обследовании бедер, нижней части спины, таза, мочевыводящих путей, мочевого пузыря, при применении клизм с использованием бария.
Очень много говорилось о ядерных взрывах. Результаты их распределены (хотя и неравномерно) между всеми, живущими на Земле. Это и естественно, поскольку при ядерных испытаниях в атмосфере радиоактивные осадки переносятся на огромные расстояния (это явление глобальное). Напомним, что наибольшее число испытаний было проведено в 1961—1962 гг., и это прослеживается очень четко в изменении, например, содержания стронция-90 и цезия-137 в продуктах питания разных стран. Испытания проводили США и СССР в северном полушарии, поэтому зараженность радионуклидами продуктов питания в южном полушарии значительно меньше, чем в северном. Дело в том, что не все радиоактивные вещества рассеиваются в пространстве одинаково. Одна их часть, поднятая на небольшую высоту, выпадает почти сразу же неподалеку от места взрыва. Большая возможность переноса в отдаленные места у той части радиоактивного вещества, которая при взрывах поднимается в тропосферу. Там она может существовать до выпадения с осадками даже в продолжение месяца. Это радиоактивное вещество не просто существует, оно путешествует на большие расстояния (с помощью ветра), причем ветры в самой нижней части атмосферы (тропосфере) направлены преимущественно параллельно экватору, то есть с востока на запад или наоборот, то есть, другими словами, вдоль широты. Поэтому-то радиоактивные вещества не кочуют из одного полушария в противоположное. Но определенная часть радиоактивного вещества во время ядерных испытаний в атмосфере достигает даже высоты стратосферы (10—50 км) . Их возможности в смысле переноса в любую точку земного шара практически не ограничены. Они находятся в атмосфере до выпадения в продолжение многих месяцев, и за это время переносятся с циркулирующим атмосферным газом на любые удаления от места взрыва. Практически эти источники радиации рассеиваются по всему земному шару.
При ядерных взрывах образуются различные радионуклиды (несколько сотен различных осколков радиоактивных ядер). Но часть из них образуется в ничтожно малых количествах, а другая часть распадается очень быстро (период полураспада небольшой). Все это "к счастью". К несчастью, при взрывах образуются и долгоживу-щие радионуклиды, и в достаточно больших количествах. Наиболее важные из них— это углерод-14, цезий-137, цирконий-95 и строн-ция-90. Периоды полураспада у них различные. Так, у циркония-95 он составляет 64 дня, тогда как у цезия-137 и стронций-90 он примерно равен тридцати годам. Что же касается углерода-14, то он является, к сожалению, долгожителем. Его период полураспада равен 5730 годам.
Специалисты для оценки облучения населения применяют понятие средней индивидуальной дозы (от данного источника). Надо сказать, что конкретные группы людей получают дозы, которые в сотни и тысячи раз превышают этот средний уровень. Так, установлено, что оленеводы Крайнего Севера от стронция-137 получают дозы облучения, которые в тысячи раз превышают величину средней индивидуальной дозы, определенной для остальной части населения. Это вдобавок к тому, что они получают через радиоактивный ягель-олень-пищу (пищевая цепочка), о чем уже говорилось. Ясно, что те люди, которые находились вблизи испытательных ядерных полигонов (как у нас в стране, так и в других странах) , получили и получают дозы, значительно превышающие средние. Надо сказать, что уже проведенными ядерными испытаниями человечество обеспечило себя надолго. К настоящему времени ее "использовано" менее 15% от суммарной ожидаемой коллективной эквивалентной дозы (учитывались все произведенные ядерные взрывы), которая оценивается в 30 000 000 чел.-Зв. Специалисты рассчитали, что этот "запас" человечество будет расходовать на протяжении миллионов лет (если оно так долго продержится).
Источником радионуклидов является и атомная энергетика. После аварии на АЭС восторг от того, что наконец создан источник неисчерпаемой энергии, все больше уступает место ужасу перед возможными авариями на атомных электростанциях. Если в мирное время случается то, что случилось в Чернобыле, то чего можно ожидать в случае ведения войны, проведения диверсий или даже в случае разных катаклизмов, например, землетрясений.
Теоретически в данной проблеме все очень хорошо, очень радужно. Ведь на самом деле выбросы радиоактивных веществ в атмосферу при работе АЭС очень невелики. Но только при нормальной работе ! А тем временем мощность всех АЭС в мире удваивается примерно каждые пять лет. Атомные электростанции работают уже в десятках стран, задействованы сотни ядерных реакторов.
Если анализ опасности загрязнения радиоактивными веществами вести грамотно, то надо рассматривать не только выбросы радиоактивных веществ атомными электростанциями. Надо рассматривать все звенья цепи ядерного топливного цикла, одним из звеньев которого является АЭС. Цикл этот начинается с добычи и обогащения урановой руды. Затем следует звено производства ядерного топлива. Ядерное топливо используют АЭС. Отработанное АЭС ядерное топливо затем подвергается вторичной обработке с целью получения из него урана и плутония. После всего эти радиоактивные отходы следует (следовало бы) надежно захоронить. Ясно, что даже при идеальной организации работ на каждом этапе всего ядерного топливного цикла неизбежна утечка определенного количества радиоактивного вещества.
Если рассмотреть ядерный топливный цикл подробнее, то вырисовывается следующая картина. Урановую руду добывают или открытым способом, или же шахтным (50 на 50) . Далее эту руду доставляют на обогатительную фабрику, которую стараются строить не очень далеко от карьеров и урановых шахт. Ясно, что и карьеры, и шахты, и фабрики являются источниками радиоактивных веществ. Рудники дают кратковременные загрязнения. Фабрики же накапливают огромные количества отходов, содержащих радиоактивные вещества. Это так называемые "хвосты". Специалисты оценивают, что к 2000 г. этих радиоактивных "хвостов" во всем мире накопится до 500 млн. т. Эти отходы являются главным источником облучения населения, который связан с атомной энергетикой. Этот источник будет оставаться эффективным в продолжение миллионов лет. Практически с ним поделать ничего нельзя. В лучшем случае от него можно (надо) отгородиться, "связать" его, покрыв асфальтом или поливинилхлоридом. Надо помнить, что эти покрытия не вечные. Но понятно, что это только пожелания, планы, хотя и обоснованные большим риском.
Продукт обогатительной фабрики— урановый концентрат— поступает на специальный завод, где он перерабатывается и очищается. В результате получается ядерное топливо. Но без отходов не обходится и здесь. Они здесь образуются как в газообразном, так и в жидком состоянии. На этой стадии облучение от данных отходов — радиоактивных веществ — меньше, чем на предыдущих стадиях— в рудниках и на фабрике. Полученное на заводе ядерное топливо поступает по назначению— на атомные электростанции. Здесь величина радиоактивных выбросов зависит от того, какой реактор используется на данной атомной электростанции. На сегодняшний день находятся в эксплуатации в разных странах пять основных типов энергетических реакторов. Водографитовые канальные реакторы эксплуатировались только в СССР, а сейчас и в странах СНГ. Наиболее распространенные сейчас водо-водяные реакторы, с водой под давлением, и водо-водяные кипящие реакторы, которые разработаны в США. В Великобритании и Франции разработаны реакторы с газовым охлаждением. В этих странах они и эксплуатируются. В Канаде широко распространены реакторы с тяжелой водой. Ядерными реакторами следующего поколения являются реакторы— размножители на быстрых нейтронах. Четыре таких реактора сейчас функционируют в Европе и России.
Примерно одна десятая часть топлива, которое уже использовано на АЭС, поступает на вторичную переработку с целью извлечения из него урана и плутония. Заводов, на которых производится такая переработка, единицы. Естественно, что имеется проблема утечки радиоактивных веществ. Особенно актуальной является проблема захоронений радиоактивных веществ. Мы не можем здесь рассматривать ее в полном объеме. Специалисты оценили, что если захоронения будут сделаны под землей и с соблюдением необходимых требований, то сколько-нибудь заметное количество радиоактивных веществ просочится в биосферу только примерно через миллион лет или чуть раньше.
Нас это устраивает.
Представляют интерес оценки доз, выполненные официальной организацией— Научным комитетом по действию атомной радиации (НКДАР) . Комитет создан в рамках ООН в 1955 г. По этим оценкам, ожидаемая коллективная эффективная эквивалентная доза облучения за счет всего ядерного топливного цикла составляет за счет короткоживущих изотопов примерно 5,5 чел.-Зв на каждый гигаватт-год электроэнергии, которая вырабатывается на атомных электростанциях. Эта доза раскладывается по различным технологическим звеньям следующим образом: добыча, руды дает вклад 0,5 чел.-Зв, обогащение руды— 0,04 чел.-Зв, производство ядерного топлива— 0,002 чел.-Зв, эксплуатация ядерных реакторов— около 4 чел.-Зв, процессы, связанные с регенерацией топлива,— 1 чел.-Зв. Как видно, самая большая доза приходится на эксплуатацию реакторов. Последняя цифра, по мнению специалистов, может в действительности быть больше в 10—2 0 раз.
Дозу, которую "поставляют" короткоживущие изотопы, население получает примерно в течение одного года. Она составляет примерно 90% от всей дозы облучения. Остальные 10% приходятся на долгоживущие радионуклиды. Но уже через 5 лет население получает 98% общей дозы. Радиус действия (разброса радиоактивных веществ) составляет несколько тысяч километров вокруг данной АЭС. Коллективная эффективная ожидаемая эквивалентная доза облучения долгоживущими радионуклидами составляет очень большую величину (670 чел.-Зв) , но она "размазана" на миллионы лет. За первые 500 лет реализуется только 3 % этой дозы. Все остальное— для далеких потомков. Специалисты считают, что даже при нормальной, безаварийной работе реактора люди, проживающие вблизи АЭС, получают всю дозу сполна от короткоживущих радионуклидов. Они получают малую часть дозы от долгоживущих радионуклидов. Не вызывает сомнения, что проживающие вблизи ядерных реакторов люди получают дозы больше, чем получает все население в среднем.
Но не надо забывать об естественном фоне. Он значительно выше того уровня, который обусловлен нормально работающими АЭС (без аварий).
Далее нам предстоит рассмотреть главный вопрос— как действует радиация на человеческий организм, на его здоровье, на его жизнь. Слово радиация должно ассоциироваться у всех со словом "вред", "болезнь" и даже "смерть". Даже тогда, когда радиацию применяют в лечебных целях, она выполняет эту функцию потому, что наносит вред. Надо иметь в виду, что нет уверенности в том, что малая доза — это безопасная доза. К сожалению, это так. Даже малые дозы облучения могут вызвать заболевания раком или генетические повреждения. Поэтому любая доза облучения всегда опасна. Если можно, надо ее стараться избежать. При больших дозах радиацией разрушаются клетки и повреждаются ткани органов, в результате чего может наступить смерть организма. Это может произойти даже в продолжение всего нескольких дней или даже часов.
Установлено, что раковые заболевания возникают через одно-два десятилетия после облучения. Последствия повреждения генетического аппарата проявляются на будущих поколениях — на детях, внуках, правнуках и т. д. Надо себе представлять, что если человек облучился, то это отнюдь не значит, что он обязательно заболеет раком или его генетический аппарат расстроится. Это совсем не так, поскольку в организме человека действуют восстановительные (репарационные) механизмы и вызванные радиацией повреждения в организме ликвидируются. Вопрос в том, насколько эффективно эти механизмы работают. Это зависит от многих факторов, и определить конечный результат трудно. В такой ситуации можно только оценивать риск заболевания. Риск— это вероятность того, что данный человек может заболеть. Ясно, что чем больше неблагоприятных факторов действует на человека, тем больше вероятность того, что он заболеет, тем больше риск. Из сказанного ясно, что утверждать определенно, что человек заболел именно в результате облучения, практически невозможно, за исключением очень больших доз, когда смерть наступает уже через несколько дней или часов после облучения.
Что же происходит в организме при облучении его альфа-, бета- или гамма-излучением? Рассмотрим происходящие процессы с точки зрения физики. Радиоактивное излучение часто называют ионизирующим. Процесс ионизации состоит в следующем. От полноценного атома, у которого столько орбитальных электронов, сколько в ядре протонов, отрываются один или несколько орбитальных электронов. Такой атом перестал быть полноценным и электрически нейтральным. Нехватка оторванных орбитальных электронов проявляется в том, что положительный электрический заряд ядра оказывается скомпенсированным отрицательными зарядами орбитальных электронов не полностью. Такой атом называют ионом. В данном случае положительно заряженным ионом. Имеются и отрицательно заряженные ионы. Это атомы, к которым "прилипли" лишние электроны.
Альфа-излучение представляет собой тяжелые альфа-частицы— ядра гелия. Бета-излучение— это электроны. Те и другие заряженные частицы, попадая в ткани организма, вызывают там ионизацию, то есть они выбивают из атомов орбитальные электроны. Поэтому их и называют ионизирующим излучением. Но это приводит к повреждению ткани, клеток и т. д. Более того, это повреждение тут же может продолжаться тем электроном, который выбит из ядра. Собственно, при этом внутри ткани создается свой собственный источник бета-излучения. После этого через очень короткое время образованный положительно заряженный ион (бывший атом) и оторванный электрон поступают в организм и образуют "свободные радикалы", которые чрезвычайно реакционноспособны. После этого свободные радикалы, которые образовались, взаимодействуют как между собой, так и с другими молекулами. Цепочка реакций очень сложная и до сих пор полностью не изучена. Установлено только, что в результате их может произойти химическая модификация молекул, которые важны для протекания биологических процессов и необходимы для нормального функционирования клеток. Биохимические изменения могут произойти или очень быстро, или очень медленно. В последнем случае может наступить заболевание раком. Что же касается острого поражения, очень быстрого, то оно наступает после облучения организма в больших дозах.
Для ориентации приведем величины некоторых доз. Очень большие дозы облучения порядка 100 Гр являются для организма человека смертельными. При таком облучении поражение центральной нервной системы настолько велико, что смерть наступает уже через несколько часов или дней. При дозах в 5—10 раз меньших последствия также трагичны, но развязка отодвигается на одну-две недели. Смерть наступает от кровоизлияний в желудочно-кишечном тракте. Если дозы еще меньше, то смерть облученного может наступить спустя один-два месяца вследствие повреждения клеток красного костного мозга. Без него не может происходить кровообразование в организме. Установлено, что умирает примерно половина получивших дозу облучения в 3—5 Гр. Кстати, красный костный мозг, как и другие составляющие системы кроветворения, уже при дозах облучения в 0, 5—1 Гр теряет способность нормально функционировать . Поэтому и производят пересадку костного мозга. Восстановительная способность красного костного мозга, как и всей кроветворной системы, поразительна— если остались неповрежденные клетки, то будет запущен механизм восстановления разрушенных (облученных) клеток и все может обойтись благополучно.
Уже говорилось, что особенно чувствительны к облучению половые железы. Облучение семенников при дозе всего 0,1 Гр обусловливает временную стерильность мужчин. Если доза равна 2 Гр, то стерильность становится постоянной (полноценное функционирование семенников может восстановиться только через много лет) . Менее чувствительны к облучению яичники у взрослых женщин. Стерильность наступает при дозах облучения, которые превышают 3 Гр.
В глазах наиболее чувствительным к облучению является хрусталик. Если профессионал за 10—20 лет работы с радиоактивными источниками получил суммарную (полную) дозу, равную от 0,5 до 2 Гр, то может произойти (и происходит) помутнение хрусталика и увеличение его плотности. При дозах около 5 Гр развивается прогрессирующая катаракта.
Известно, что наиболее чувствительны к радиации дети. Даже при небольших дозах облучения хрящевой ткани рост костей может замедлиться, а то и вовсе остановиться— скелет организма будет искажен. Такой исход предопределен при дозах около 10 Гр, если организм облучался в течение нескольких недель. Мозг детей также очень чувствителен к облучению. Оно может вызвать потерю памяти, слабоумие или даже идиотию. Еще в большей степени опасно облучение для плода в утробе матери. Специалисты выделяют как наиболее опасный период от восьмой до пятнадцатой недели развития плода. Поэтому беременным нельзя слепо следовать назначениям врача о проведении рентгеновских снимков. Риск очень большой: ребенок может родиться умственно отсталым, так как облучением будет нарушен рост коры головного мозга.
Надо сказать, что другие ткани и органы организма человека выдерживают облучение в больших дозах. Так, почки могут выдержать без большого вреда общее облучение в продолжение пяти недель, составляющее дозу в 23 Гр. Печень выдерживает 40 Гр за месяц, мочевой пузырь — 55 Гр за четыре недели, зрелая хрящевая ткань — до 70 Гр. Более уязвимы легкие. Кровеносные сосуды сверхчувствительны к облучению.
При малых дозах облучения наиболее вероятное последствие облучения — это раковые заболевания. Основной материал по данной проблеме получен в результате обследований в продолжение десятилетий около 100 000 человек, которые подверглись облучению при взрывах атомных бомб в Хиросиме и Нагасаки. Правда, основной состав населения получил большие и весьма значительные дозы. Данных о влиянии малых доз облучения меньше. Меньше не потому, что таких облучений не было, а потому, что не проводились в достаточном объеме обследования облученных. Во всяком случае, специалисты в настоящее время считают, что нельзя указать такую величину дозы, чтобы она гарантированно была безопасной (какой бы малой она ни была) . Но если учесть, что все мы облучаемся ежеминутно естественными источниками радиации, то нельзя никому гарантировать, что он не заболеет раком. Конечно, чем больше доза облучения человека, тем больше вероятность его заболевания раком. Но именно вероятность. Математики знают, что событие, вероятность которого равна единице, может и не произойти. Поэтому говорят о риске. Если доза облучения удвоилась, то удвоился и риск заболевания раком. Из такого принципа исходят специалисты. Возможно, при малых дозах с применением этого принципа происходит перестраховка, но это, пожалуй, лучше, чем недостраховка, которая в данном случае исключена.
Раковые последствия излучения проявляются в следующем хронологическом порядке. Первые два года после облучения при не очень большой дозе (примерно 1,01 Гр) у облученного протекает болезнь в скрытой форме. Это двухлетний скрытый период. После него лейкоз развивается в явной форме. Если говорить о достаточно большой группе облученных, то наибольшая частота заболевания лейкозами в группе проявится через шесть-семь лет. После этого частота заболевания постепенно уменьшается. Через 25 лет после облучения группы частота заболевания лейкозами в группе приближается к нулю. К этому времени существенно увеличивается частота заболеваний солидными (сплошными) злокачественными опухолями. Эти заболевания начинают проявляться примерно через десять лет после облучения группы. Вероятность заболевания после этого момента постепенно растет со временем и достигает своего максимума примерно через 30 лет после облучения.
На основании изучения заболеваний облученных при атомных взрывах была оценена вероятность заболевания лейкозами. Оказалось, что при дозе облучения в 1 Гр из одной тысячи облученных в среднем два человека умрут от лейкозов.
Что касается сплошных злокачественных опухолей, то рак молочной и щитовидной желез встречается чаще всего (у десяти облученных из тысячи) . Расчет велся на дозу облучения, равную 1 Гр. Вероятность этих заболеваний велика, но они частично лечатся. Так, каждую вторую женщину, заболевшую раком молочной железы, можно спасти, а из десяти заболевших раком щитовидной железы можно спасти девять человек.
Трагичнее обстоит дело с раком легких, который действует беспощадно. Встречается он весьма часто. Так, по оценкам специалистов, из тысячи облученных, возраст которых превышает 35 лет, пять заболевают раком легких. Если делать оценки по всем возрастам, то эта цифра уменьшится вдвое: чаще заболевают облученные зрелого и преклонного возраста.
Злокачественные опухоли других органов и тканей после облучения появляются реже. Так, вероятность рака желудка, печени или толстой кишки с летальным исходом в пять раз меньше, чем рака легких, а вероятность возникновения рака костных тканей, пищевода, тонкой кишки, мочевого пузыря, поджелудочной железы, прямой кишки и лимфатических тканей даже в 20—25 раз меньше вероятности заболевания раком легких. Кстати, для облученных заболеваемость раком легких намного больше у курящих. Чем более заядлый курильщик, тем больше риск заболевания. Эти данные получены при анализе заболеваемости раком органов дыхания рабочих урановых рудников.
В результате облучения, как уже говорилось, в организме могут произойти генетические нарушения. Здесь возможны различные варианты: происходит изменение числа или структуры хромосом или же возникают мутации в генах. В последнем случае эффект может проявиться уже в первом поколении или же он будет отодвинут на последующие поколения и даже на неопределенное время. Первые генные мутации называют доминантными, а вторые рецессивными. Рецессивные мутации проявляются только в том случае, если у обоих родителей мутантным является один и тот же ген.
Под действием малых доз облучений могут происходить нарушения хромосом (хромосомные аберрации) — повышенное содержание клеток крови с хромосомными нарушениями. Эти нарушения могут происходить даже при очень малых дозах облучения. Специалисты считают, что любое (даже очень незначительное) превышение уровня излучения в среде над уровнем фона может повысить вероятность вредных мутаций. Более того, это может произойти и просто при высоком уровне естественного фона. Собственно, это же справедливо и по отношению к вредному действию любых химических веществ, которые вносятся (или попадают каким-то образом) в окружающую среду, например, в виде добавок в пищу человека. Поэтому понятие предельно допустимой дозы не должно излишне успокаивать, хотя последствия хромосомных нарушений в биологическом плане до конца не изучены.
Насколько распространенными являются описанные изменения, дают представление следующие оценочные цифры, полученные специалистами (доза облучения считалась равной 1 Гр) . При облучении с такой дозой группы из тысячи мужчин возможны 1—
2 случая генных мутаций, которые заканчиваются серьезными последствиями, и до 1 случая хромосомных аберраций. Учитываются те облученные, у которых впоследствии появились дети (живые новорожденные). Надо иметь в виду, что женские половые клетки менее чувствительны к облучению, поэтому оценочные цифры, полученные по женщинам-родителям, будут значительно ниже. Последствия облучения в смысле генетических последствий специалисты оценивают и по-другому— по величине дозы, при которой удваивается частота того, что потомство появится с той или иной разновидностью наследственных эффектов. Естественно, сравнение проводится с нормальными условиями, когда радиация была нормальной. Применение такого подхода дало следующие результаты. Было установлено, что если поколение родителей (в течение
3 0 лет) облучалось при суммарной дозе в 1 Гр, то на миллион новорожденных детей, родившихся от таких облученных родителей, может появиться примерно 2000 серьезных случаев генетических заболеваний (другими словами, два случая на тысячу новорожденных) . Этим методом можно оценивать и суммарную частоту появления серьезных наследственных дефектов в каждом поколении. Имеется в виду, что доза облучения остается постоянной. Ясно, что в этом случае число живых новорожденных с серьезными наследственными дефектами будет больше — оно составит 15 000 на миллион, или 15 на тысячу живых новорожденных.
Приведенные оценки не следует слишком абсолютизировать. Они получены при учете только серьезных генных мутаций, врожденных аномалий. Но вклад неучтенных, не очень существенных дефектов может в общей сложности, в сумме давать не меньший, если не больший эффект. Поэтому всегда надо помнить, при каких условиях делаются те или иные оценки, а также и то, что оцен-ки—это только оценки.
Научный комитет ООН по действию атомной радиации провел оценки, насколько сокращается период трудоспособности, а также продолжительность жизни в результате генетических изменений, которые последовали за облучением с мощностью дозы 1 Гр на поколение. По этим оценкам, оба эти периода сокращаются на 50 000 лет из расчета на каждый миллион живых новорожденных среди детей первого облученного поколения. Если постоянно облучаются многие поколения, то впоследствии эти периоды перестают увеличиваться, достигая 340 000 лет (сокращение периода трудоспособности) и 286 000 лет (сокращение продолжительности жизни). Каждый раз расчет ведется на миллион живых новорожденных.
Говоря о допустимых дозах выброса в окружающую среду радиоактивных веществ, надо иметь в виду эффект биологического накопления, о котором уже говорилось в отношении различных ядов. Его специалисты также характеризуют коэффициентом накопления, который показывает, на сколько (во сколько раз) содержание определенного радионуклида в организме животного больше его содержания в окружающей среде. Радиоактивные вещества накапливаются в организме так же, как и не радиоактивные. Например, радиоактивный йод-131 накапливается в щитовидной железе точно так же, как и обычный, нерадиоактивный йод. Часто радионуклиды "работают" под своих двойников, то есть под те химические нерадиоактивные элементы, химические свойства которых такие же, как и у этих радиоактивных изотопов. Это относится прежде всего к радиоактивному стронцию-90. Он появляется в окружающей среде по воле человека (образуется при расщеплении урана, то есть при производстве и испытаниях ядерного оружия, а также при работе атомных электростанций). Попадая в окружающую среду из указанных источников, радиоактивный стронций-90 выпадает вместе