Радіоактивність атмосфери та її вплив на живі організми

 

У процесі видобутку  й переробки природні радіонукліди перерозподіляються і можуть зумовити локальне підвищення опромінення.

Загалом незалежно від  походження техногенні радіонукліди характеризуються різним ступенем радіо токсичності, рухомості і т.д.

 

3. Розповсюдження радіонуклідів в атмосфері

 

Масштаби  й інтенсивність міграції радіонуклідів в атмосфері визначаються: ефективною висотою викидів їх в атмосферу, фазовим станом викидів (рідкі, тверді, газоподібні), формою і дисперсністю частинок аерозолів, географічними координатами місця викиду, атмосферними умовами (швидкість вітру, вологість повітря, опади, температурна стратифікація тощо).

Залежно від  впливу цих факторів виділяють локальні, тропосферні і стратосферні (глобальні) випадіння.

Локальні  випадіння спостерігають у районі до кількох сот кілометрів у напрямку від джерела. Радіоактивні речовини локальних випадінь поширюються в нижніх шарах атмосфери. Тривалість випадінь залежить від пори року і широти місцевості: більша в північній півкулі, менша - в південній. У межах невеликих районів залежить від наявності атмосферних опадів. У цілому тривалість локальних випадінь становить від 1 до 40 днів.

Тропосферні випадіння бувають при ядерних  вибухах і великих аваріях на АЕС. При ньому радіоактивні речовини сягають висоти 4—10 км. На цих висотах домінують повітряні потоки загально планетарного характеру і радіоактивні речовини до осідання встигають обігнути земну кулю. В помірних широтах північної півкулі до великих висот в тропосфері панують майже суто західні вітри, біля земної поверхні -південно-західні, і аерозолі переносяться в напрямку із заходу на схід. Переміщення на північ і південь незначне, внаслідок чого в північній півкулі максимальна щільність випадінь зареєстрована на широтах здійснення вибухів - 30є-50є.

Вибухи потужністю в кілька кілотонн тротилового еквіваленту забруднюють в основному тропосферу. Великі вибухи мегатонної потужності (забруднюють, головним чином, стратосферу).

Період напівочищення  верхніх шарів тропосфери варіює в середньому від 20 до 40 діб, нижніх –до кількох діб. Навесні і влітку очищення швидше, ніж восени і взимку. Період напівочищення стратосфери від радіоактивних речовин становить близько 2 років .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Вплив радіації на живий організм

 

Відомо, що 70-80% загального складу тканини людини складає  вода. У результаті іонізації молекули води утворюють вільні радикали Н+ і ОН– за такою схемою:

H2O+  → H+ + OH–

Також  утвориться вільний радикал гідроперекису (H2O–) і перекис водню (H2O2), що є сильними окислювачами.

Вільні радикали й окислювачі, що утворюються в  процесі радіолізу води, володіють високою хімічною активністю і вступають у хімічні реакції з молекулами білків, ферментів і інших структурних елементів біологічної тканини, що приводить до зміни біологічних процесів в організмі. У результаті порушуються обмінні процеси, придушується активність ферментних систем, сповільнюється і припиняється ріст тканин, виникають нові хімічні сполуки, не властиві організму – токсини. Це приводить до порушень життєдіяльності окремих функцій чи систем організму в цілому. У залежності від величини поглиненої дози й індивідуальних особливостей організму, викликані зміни можуть бути оборотними чи необоротними.

Найважливіші  біологічні реакції організму людини на вплив іонізуючого випромінювання умовно розділені на дві групи. До першої відноситься променева хвороба, до другої – віддалені наслідки, що у свою чергу розділяються на соматичні (вплив на тіло і кісти) і генетичні ефекти.

Променева хвороба. У випадку однократного опромінення  людини значною дозою радіації на короткий термін ефект від опромінення спостерігається вже в першу добу, а ступінь хвороби залежить від величини поглиненої дози. При дозах опромінення більш 1 Зв  можливий розвиток  променевої хвороби, тяжкість проходження якої залежить від дози опромінення. Дози однократного опромінення 6-10 Зв при відсутності медичної допомоги вважаються в 100 %  випадків смертельними.

 

Віддалені наслідки. До віддалених наслідків соматичного  характеру відносяться різноманітні біологічні ефекти, серед яких найбільш істотними є лейкемія, злоякісні утворення, катаракта кристалика ока і скорочення тривалості життя.

Лейкемія  – відносно рідке захворювання.  Імовірність виникнення лейкемії складає 1-2 випадків на рік на 1 млн. населення  при опроміненні всієї популяції  дозою 0,01 Зв.

Злоякісні утворення. Перші випадки розвитку злоякісних утворень від впливу іонізуючої радіації описані ще на початку XX сторіччя. Це були випадки раку шкіри кистей рук у працівників рентгенівських кабінетів. Надалі була виявлена можливість виникнення остеосарком при вмісті  альфа-радіоактивні ізотопи в організмі в кількостях порядка 0,5 мкКи. Але точно вказати мінімальні дози не можливо.

Вивчення  генетичних наслідків опромінення  зв'язано з  великими труднощами. По-перше, мало відомо про те, які  ушкодження виникають у генетичному апараті людини при опроміненні; по-друге, повне виявлення всіх спадкоємних дефектів відбувається лише протягом багатьох поколінь; і, по-третє, ці дефекти неможливо відрізнити від тих, котрі виникли з інших причин.

Близько 10% усіх живих немовлят мають ті або інші генетичні дефекти, починаючи від необтяжливих фізичних недоліків типу дальтонізму і кінчаючи такими важкими станами, як синдром Дауна, хорея Гентингтона і різні пороки розвитку. Багато хто з ембріонів і плодів з важкими спадкоємними порушеннями не доживають до народження. Але навіть якщо діти зі спадкоємними дефектами народжуються живими, імовірність для них дожити до свого першого дня народження в п'ять разів менше, ніж для нормальних дітей.

Генетичні порушення  можна віднести до двох основних типів: хромосомні аберації, що включають зміни числа або структури хромосом, і мутації в самих генах. Генні мутації підрозділяються далі на домінантні (які виявляються відразу в першому поколінні) і рецесивні (які можуть проявитися лише в тому випадку, якщо в обох батьків мутантним є той самий ген; такі мутації можуть не проявитися протягом багатьох поколінь або не виявитися взагалі). Обидва типи аномалій можуть привести до спадкоємних захворювань у наступних поколіннях, а можуть і не проявитися взагалі. інші дослідження цього не підтверджують.

Трохи насторожує повідомлення про те, що в людей, що одержали малі надлишкові дози опромінення, дійсно спостерігається підвищений зміст кліток крові з хромосомними порушеннями. Але біологічне значення таких ушкоджень і їхній вплив на здоров'я людини не з'ясовані.

Деякі радіоактивні речовини накопичуються в окремих  внутрішніх органах. Наприклад, джерела  альфа-випромінювання (радій, уран, плутоній), бета-випромінювання (стронцій і ітрій) і гамма-випромінювання (цирконій) відкладаються в кісткових тканинах. Усі ці речовини важко виводяться з організму.

Дія іонізуючого  випромінювання на організм не відчутна людиною. Тому це небезпечно. Дозиметричні прилади є як би додатковим “органом почуттів”, призначеним для сприйняття іонізуючого випромінювання.

У результаті впливу іонізуючого випромінювання порушується нормальний плин біохімічних  процесів і обмін в організмі.

Орієнтовні  дози і можливі наслідки опромінення:

• 4500 м3в – важкий ступінь променевої хвороби (помирає 50% опромінених).
• 1000 м3в – нижній рівень розвитку легкого ступеня променевої хвороби.
• 750 мЗв – незначна короткочасна зміна складу крові.
• 200-300 мЗв – опромінення під час рентгенографії шлунка (місцеве).
• 2-3 мЗв – опромінення при рентгенографії зубів.
• 2-3 мЗв – флюорографія легень.
• 1-2 мЗв – фонове опромінення за рік.
• 0,1 мЗв – перегляд одного футбольного матчу(0,05 мЗв – телевізор і монітор за 1 годину)
• 0,01-1 мЗв – польоти на літаку в залежності від висоти та тривалості перельоту.

При впливі іонізуючого  опромінення летальна доза для ссавців складає 10 Зв, а енергія, що поглинається при цьому тканинами й органами тварин, могла б підвищити їхню температуру усього на тисячні частки градуса.

Поглинена доза випромінювання, що викликає уразку окремих  частин тіла, а потім смерть, перевищує смертельну поглинену дозу опромінення всього тіла. При абсолютній смертельній дозі, що дорівнює для людини 10 Зв на все тіло,  в 1 см3 тканини утворюється одна  іонізована молекула на 10 мільйонів молекул.

Ступінь чутливості різних тканин до опромінення неоднакова. Якщо розглядати тканини органів у порядку зменшення їхньої чутливості до дії опромінювання, то одержимо наступну послідовність: лімфатична тканина, лімфатичні вузли, селезінка, кістковий мозок, зародкові клітини. Велика чутливість кровотворних органів до радіації лежить в основі визначення характеру променевої хвороби.

Важливим  фактором при впливі іонізуючого  випромінювання на організм є час  опромінення. Зі збільшенням потужності дози вражаюча дія випромінювання зростає. Чим більш дробове випромінювання за часом, тим менше його вражаюча дія.

Зовнішнє  опромінення альфа- і бета-випромінюваннями менш небезпечно, тому що альфа- і бета-частинки мають невелику величину пробігу  в тканині і не досягають кровотворних і інших органів.

Ступінь поразки організму залежить від розміру поверхні, що опромінюється. Зі зменшенням поверхні, що опромінюється, зменшується і біологічний ефект. Індивідуальні особливості організму людини виявляються лише при невеликих поглинених дозах.

Чим молодша  людина, тим вища її чутливість до опромінення, особливо висока вона в дітей. Доросла людина у віці 25 років і більше найбільш стійка до опромінення.

При попаданні  радіоактивних речовин всередину  організму, вражаючу дію роблять  в основному альфа-джерела, а потім  бета- і гама-джерела, тобто в зворотній зовнішньому опроміненню послідовності. Слід альфа-частинки, що має високу густину іонізації, руйнує слизову оболонку, що є слабким захистом внутрішніх органів у порівнянні з зовнішнім покривом.

Ступінь небезпеки  залежить також від швидкості виведення речовини з організму. Якщо радіонукліди, що потрапили усередину організму однотипні з елементами, що споживаються людиною, то вони затримуються на тривалий час в організмі, заміщуючи не радіоактивні елементи (натрій, хлор, калій і інші).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Чорнобильська катастрофа та її наслідки

 

25 квітня 1986 року  на Чорнобильській АЕС готувалися  до зупинення четвертого блоку  на планово-попереджувальний ремонт. Цим зупиненням вирішили скористатися, щоб провести випробування однієї з систем безпеки експлуатації реактора РБМК-1000. Але програма випробування мала серйозні недоліки. Внаслідок збігу цілого ряду обставин, починаючи з 1 години 24 хвилини 26 квітня, відбулася серія вибухів, які призвели до руйнування реактора та будівлі 4-го блока і викиду великої кількості радіоактивних речовин у довкілля. Потоки високоактивної лави з розплавленого палива й графіту проникли у приміщення нижньої частини реактора. В результаті склалася надзвичайна ситуація, яка вимагала термінових дій по нейтралізації небезпеки.

Наслідки, які  мала аварія на 4-му блоці Чорнобильської АЕС, дали підстави вважати цю подію  катастрофою планетарного масштабу. Із 192 т палива, що знаходилося в  реакторі 4-го блока, близько 4% було викинуто у повітря протягом 10 днів. В основному це були радіоактивний йод, стронцій, плутоній та деякі інші ізотопи. З урахуванням розпаду сумарний випад радіоактивних речовин становив 50 мільйонів кюрі. Це рівнозначно наслідкам вибуху більш як 500 атомних бомб, подібних до тих, які скинуті в 1945 році американськими збройними силами на японське місто Хіросіму. Гарячий струмінь від реактора піднявся на висоту понад кілометр, впавши пізніше до кількасот метрів. Хмара, що виникла над ЧАЕС, під дією вітру пізніше посунулася на північ, накривши собою українське Полісся, деякі регіони Білорусії і Росії. Незабаром після катастрофи радіоактивні викиди були виявлені на території Швеції і Фінляндії, а згодом – Польщі, Німеччини, Франції. Радіація проникла в атмосферу всієї північної півкулі.

Радіоактивного  забруднення зазнали величезні  території. Проведені згодом обстеження показали, що лише в Україні забруднення  плутонієм-239 (із щільністю від 0,1 кюрі і вище на 1 кв. км) становило 700 квадратних кілометрів; стронцієм-90 (3 і більше кюрі на 1 кв. км) і цезієм-137 (5 і більше кюрі на 1 кв. км) – понад 3420 кв. км.

Значного  забруднення зазнали водні джерела, особливо річки, що протікають неподалік  від ЧАЕС і Київське водосховище, а також водозбірні площі басейнів рік Дніпро і Прип'ять. Сліди радіоактивності відразу після аварії були виявлені в усіх водосховищах Дніпровського каскаду, водою яких користуються понад 30 мільйонів жителів в Україні. Є небезпека проникнення радіонуклідів у підземні водотоки.

Всього в  Україні забруднено територію площею понад 50 тис. кв. км у 74 районах 12 областей (Київська, Житомирська, Чернігівська, Рівненська, Вінницька, Черкаська, Хмельницька, Івано-Франківська, Волинська, Чернівецька, Сумська, Тернопільська). На цій площі розташовані 2294 населені пункти. У цілому в Україні потерпілих від Чорнобильської катастрофи налічується понад 3,2 мільйона чоловік, серед них – близько 1 мільйона дітей. Після Чорнобильської катастрофи Україну оголошено зоною екологічного лиха.