Основы радиационной безопасности населения

Я.Л. Мархоцкий

Основы радиационной безопасности населения

        Я.Л.Мархоцкий





                Основы радиационной безопасности населения





                 Допущено
Министерством образования Республики Беларусь


в качестве учебного пособия для студентов учреждений высшего образования

             2-е издание, стереотипное
















Минск «Вышэйшая школа»

УДК 614.876.084(075.8)
ББК 31.4я73
     М28




    Рецензенты: кафедра «Основы медицинских знаний» учреждения образования «Белорусский государственный педагогический университет имени Максима Танка» (заведующий кафедрой доктор медицинских наук, профессор В.П. Сытый); профессор кафедры гигиены и медицинской экологии Белорусской медицинской академии последипломного образования, доктор медицинских наук ВИ. Тернов

    Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или любой ее части не может быть осуществлено без разрешения издательства.













      Мархоцкий, Я. Л.
М28 Основы радиационной безопасности населения : учеб. пособие / Я. Л. Мархоцкий. - 2-е изд., стереотип. -Минск : Вышэйшая школа, 2014. — 224 с. : ил.
          ISBN 978-985-06-2428-4.

          Рассмотрены вопросы радиационной безопасности населения и экологические проблемы атомной энергетики. Описаны элементы ядерной физики, естественные источники радиации, действие ионизирующей радиации на организм человека. Представлены дозиметрические и радиометрические приборы.
          Первое издание вышло в 2011 г.
          Для студентов учреждений высшего образования.

УДК 614.876.084(075.8)
ББК 31.4я73


ISBN 978-985-06-2428-4

                                   © Мархоцкий Я.Л., 2011
                                   © Оформление. УП «Издательство
“Вышэйшая школа”», 2011

ПРЕДИСЛОВИЕ



   Курс радиационной безопасности введен в учебный процесс во всех вузах Беларуси. Это обусловлено тем, что студенты, а затем и специалисты с высшим образованием, должны глубоко понимать процессы, вызываемые воздействием ионизирующей радиации на биосферу, так как чернобыльская катастрофа еще многие годы будет оказывать негативное влияние на атмосферу, литосферу и гидросферу, а самое главное — на здоровье населения Беларуси. Кроме того, планируется развитие атомной энергетики — строительство в республике АЭС. Контакты с расширяющимся использованием радиоактивных веществ во всех отраслях народного хозяйства требуют знаний о радиационной безопасности.
   В настоящее время правительство реализует государственную программу по преодолению последствий катастрофы. Важнейшими направлениями новой программы на 2011—2015 гг. являются:
   • медицинская реабилитация пострадавшего населения;
   •    диспансерное обследование детей, укрепление материально-технической базы лечебно-профилактических учреждений, оздоровление и санаторно-курортное лечение (в рамках реализации подпрограммы «Дети Чернобыля» научно-профилактического центра «Мать и дитя»), функционирование в Гомеле Республиканского научно-практического центра радиационной медицины и экологии человека;
   • производство нормативно-чистых продуктов питания;
   • получение чистого молока в частном секторе;
   • переспециализация наиболее загрязненных земель;
   •    комплексные мониторинговые исследования радиационно-экологического состояния почв, воды, растительного и животного мира.
   В учебном пособии освещены некоторые вопросы по радиационной безопасности и экологическим проблемам:
   •    основные положения учений В.И. Вернадского и А.Л. Чижевского о биосфере и радиации;
   •    открытия А. Беккереля, В. Рентгена, Н. Бора, П. Кюри, Э. Ферми, И.В. Курчатова и др.;
   •    понятия об адаптации и радиации, роль антиоксидантов в организме человека;

3

   •    методы и способы возвращения земель в пострадавших регионах, организация здорового питания на загрязненных радионуклидами территориях;
   •    развитие атомной энергетики в Беларуси и безопасность на предприятиях ядерного топливного цикла, способы захоронения радиоактивных отходов;
   • распространенность в природе ядерного топлива.
   В приложении даны Законы Республики Беларусь «О радиационной безопасности населения» и «О социальной защите граждан, пострадавших от катастрофы на ЧАЭС, других радиационных авариях».
   Надеемся, что учебное пособие будет полезным для студентов при изучении курса «Радиационная безопасность», а также поможет минимизировать в сознании людей радиофобию и постчернобыльский синдром.
Автор

4

ГЛАВА 1. БИОСФЕРА И РАДИАЦИЯ



1.1. Понятие о биосфере

   Биосфера — оболочка Земли, включающая нижнюю часть атмосферы, т.е. тропосферу, всю гидросферу и верхние слои литосферы.
   Состав, структура и энергетика этих оболочек Земли определяется совокупной деятельностью живых организмов. Термин «биосфера» ввел в 1875 г. Э. Зюсс. Учение о биосфере как об активной оболочке Земли создано выдающимся ученым В.И. Вернадским.
   В биосфере живые организмы (живое вещество) и среда их обитания органически связаны и взаимодействуют, образуя целостную динамическую экосистему глобального уровня. По В.И. Вернадскому, пределы биосферы обусловлены «полем существования жизни». На рис. 1.1 представлена вертикальная размерность биосферы и соотношение площадей, занятых ее основными структурными единицами.
   По данным ученых (Е.Н. Мешечко, 2002), поле существования жизни ограничено высотой около 6 км над уровнем моря, в пределах которой сохраняется положительная температура и могут жить хлорофиллоносные растения — продуценты.
   Нижний предел биосферы (см. рис. 1.1) ограничивают дном океана — 10—11 км, а литосферы — до глубины 6 км. Следовательно, вертикальная протяженность биосферы в океанической области Земли достигает 17 км, в сухопутной — 12 км.
   Биосфере присущи специфические особенности:
   •    в ней может находиться вещество в трехфазном состоянии — твердом, жидком, газообразном;
   •    наблюдается наиболее энергичный ход химических превращений вещества — фотосинтез и хемосинтез.
   Масса живого вещества в биосфере составляет всего лишь 0,001 % массы земной коры. Однако геологический эффект его деятельности колоссален.
   В.И. Вернадский называл живое вещество самым мощным геохимическим энергетическим фактором развития биосферы. Живая материя обеспечивает в ней непрерывную циркуляцию многих химических элементов. В природе их существует


5

Джомолунгма (8848 м)

Эолийская зона

9000 м

Верхняя граница биосферы

Атмосфера

   /   \ Верхняя граница проникновения животных
  I    \     Верхняя граница распространил
/      \    линобрачных растений
^гтьпи-ска\ Верхняя граница обитания человека зона \ Верхняя граница обрабатываемых земель
AU А д иАк \ Верхняя граница лесов
pR Ф         \ Верхняя граница лесов в Альпах
      ’ Леса у----------------------------------
7000 м

6000 м
5000 м
_4500 м 4000 м
2200 м

Пустыни Степи



Обрабатываемые земли

Озера и внутренние моря

Суша

Пустыни и тундра

Литосфера

Обрабатываемые земли

Степи и пастбища

Леса

Гидросфера

11,2 %

5,3 %

8,4 %

Эвфотическая зона

Шельф

Континентальный склон

Дисфотическая зона

Гидросфера

Материковое подножие (батиаль)

Абиссальная равнина (абиссаль)

Нижняя граница биосферы

-11 000 м

о
- 100 м

- 300 м

Рис. 1.1. Вертикальная размерность биосферы и соотношение площадей, занятых ее основными структурными единицами

более 100, при этом около 40 элементов необходимы для нормальной жизнедеятельности организмов. Они постоянно переходят из внешней среды в организмы и опять во внешнюю среду. Такая циркуляция называется биогеохимическим циклом, являющимся частью биологического круговорота углерода, азота, воды, фосфора, серы и др.


1.2. Биогеохимические циклы

    1.2.1. Круговорот углерода

   Исключительно важное значение для протекания биологических процессов на Земле имеет круговорот углерода.
   Источники углерода в природе многочисленны и разнообразны. Углекислота находится либо в газообразном состоянии в атмосфере, либо в растворенном состоянии в воде, представляя собой тот источник углерода, который служит основой для переработки его в органическое вещество живых существ. Захваченная растениями углекислота в процессе фотосинтеза превращается в сахар, а другими процессами биосинтеза преобразуется в протеиды, липиды. Эти различные вещества служат углеводным питанием для животных. С другой стороны, все организмы дышат и выбрасывают в атмосферу углерод в форме углекислоты. Сапрофаги и биоредуценты разлагают и минерализуют трупы, образуя цепи питания, в конце которых углерод нередко поступает в круговорот в форме углекислоты («почвенное дыхание»).
   В определенных условиях накапливающиеся мертвые растительные и животные остатки замедляют круговорот углерода: животные-сапрофаги и сапрофитические микроорганизмы, обитающие в почве, превращают накопившиеся на ее поверхности остатки в новое образование органической материи, слой коричневой или черной массы — гумус. Скорость воздействия разлагающих организмов — грибов, бактерий — на гумус, приводящий к окончательной минерализации углерода, различна. Иногда цепь бывает короткой и неполной. Цепь сапрофагов лишается возможности функционировать из-за недостатка воздуха или вследствие слишком высокой кислотности. Тогда органические остатки накапливаются в форме торфа и образуют торфяные болота, где круговорот углерода приостанавливается.


7

   Скопление ископаемых органических соединений в виде каменного угля и нефти свидетельствует о стагнации круговорота в масштабах геологического времени.
   В воде также происходит стагнация круговорота углерода, так как углекислота накапливается в форме СаСО₃ (мел, известняки и кораллы) химического или биогенного происхождения.
   Углерод, находящийся в почве или горных породах, может быть освобожден и в процессах человеческой деятельности: горение (отопление, промышленность), обжиг извести.

    1.2.2. Круговорот азота

   Круговорот азота осуществляется за счет его содержания в воздухе (80 %), который беспрерывно и в разных формах поставляет азот в биогеоцинозы (рис. 1.2). В результате электрических разрядов, сопровождающих грозы, из атмосферного азота и кислорода синтезируется диоксид азота (NO₂), проникающий в почву с дождевыми водами (до 10 кг азота на 1 га/г.).




Рис. 1.2. Круговорот азота

8

   Наибольшее количество азота поступает в экосистему в результате деятельности микроорганизмов — фиксаторов азота. Чаще всего эту функцию осуществляют бактерии, способные использовать энергию своего дыхания для прямого усвоения атмосферного азота и синтезирования протеидов. Эти бактерии — аэробы или анаэробы — обогащают почву органическим азотом, который быстро минерализуется. Таким путем ежегодно создается еще около 25 кг азота / га.
   Эффективны бактерии, живущие в симбиозе с бобовыми растениями в клубеньках, развивающихся на корнях растений. А в присутствии молибдена, который служит катализатором, и особой формы гемоглобина бактерии (Rhizobium) ассимилируют громадные количества молекулярного азота. Образующийся органический азот постоянно проникает в почву (ризосферу), которая соприкасается с корнями. Благодаря этому бобовые богаты протеидами и очень питательны для травоядных животных. Годовой запас, накапливаемый в наземных и подземных органах растений, достигает в культурах клевера и люцерны от 150 до 400 кг/га.
   Другие фиксирующие атмосферный азот бактерии также живут в симбиозе с высшими растениями (помимо бобовых). К ним принадлежат бактерии, образующие в тропиках на листьях растений из семейства Rubiaceae маленькие черные опухоли, накапливающие азот, а также актиномицеты, которые в наших широтах создают на корнях ольхи фиксирующие азот узелки, чем объясняется присутствие в ольховниках флоры, богатой типичными нитрофилами.
   В водной среде и на влажных землях непосредственно фиксацию азота из воздуха выполняют некоторые синезеленые водоросли. Эти микроорганизмы осуществляют и фотосинтез, следовательно, они наиболее «комплектны». На Востоке синезеленые водоросли играют большую роль в продуктивности рисовых полей. Азот из этих разнообразных источников поступает к корням в форме нитратов; последние абсорбируются корнями и транспортируются в листья, где используются для синтезирования протеинов.
   Протеины служат основой азотного питания животных, некоторых бактерий-паразитов. Трупы животных и людей наряду с выделением живых организмов представляют собой основу целой цепи питания организмов, разлагающих органическое вещество, которое постепенно переводит азот из органических в минеральные соединения.

9