Источники, использующиеся в медицине. Радиация используется как в диагностике, так и для лечения. Самый распространенный медицинский прибор — рентгеновский аппарат. В диагностике также используют радиоизотопы. В лечении рака используется лучевая терапия.
В принципе облучение в медицине направлено на исцеление больного. Однако нередко дозы оказываются неоправданно высокими. Для уменьшения облучения при диагностике необходимо усовершенствование оборудования и повышение квалификации персонала.
Со времени открытия рентгеновских лучей самым значительным достижением в разработке методов рентгенодиагностики стала компьютерная томография. Применение этого метода при обследовании почек позволило уменьшить дозы облучения кожи в 5 раз, яичников – в 25 раз, семенников — в 50 раз.
Попытки оценить среднюю дозу, получаемую населением при рентгенологических обследованиях, до недавнего времени ограничивались стремлением определить тот уровень облучения, который может привести к генетическим последствиям. Его называют генетически значимой эквивалентной дозой (ГЗД). Величина ГЗД определяется двумя факторами: 1) вероятностью того, что пациент впоследствии будет иметь детей; 2) дозой облучения половых желез. В Англии в 1977 году ГЗД составила примерно 120 мкЗв, в Австралии 150 мкЗв, столько же в Японии и около 230 мкЗв в СССР.
Средняя эффективная эквивалентная доза, получаемая от всех источников облучения в медицине, в промышленно развитых странах составляет примерно половину средней дозы от естественных источников. Таким образом, коллективная эффективная эквивалентная доза для всего населения Земли от рентгенологических обследований составляет примерно 1 600 000 чел.-Зв в год.
Ядерные взрывы. Максимум ядерных испытаний, проводимых в США и СССР, приходится на 1954-1958 гг., 1961-1962 гг. В 1963 году эти страны подписали договор об ограничении испытаний ядерного оружия в атмосфере, под водой и в космосе. После этого лишь Франция и Китай испытывали ядерное оружие в атмосфере.
При ядерном испытании часть радиоактивного материала выпадает неподалеку от места испытания, какая-то часть подхватывается ветром и перемещается на большие расстояния. Находясь в воздухе в среднем в течение месяца, радиоактивные вещества во время этих перемещений постепенно выпадают на землю. Однако большая часть радиоактивного материала выбрасывается в стратосферу (на высоте 10…50 км), где он остается многие месяцы, медленно опускаясь и рассеиваясь по всей поверхности земного шара.
Радиоактивные осадки содержат несколько сотен различных радионуклидов, однако большинство из них имеет небольшую концентрацию или быстро распадается. В основном большой вклад в ЭЭД облучения населения дают четыре радионуклида: углерод-14, цезий-137, цирконий-95 и стронций-90. Цезий-137 и стронций-90 имеют период полураспада приблизительно 30 лет. А у углерода-14 период полураспада равен 5730 годам.
Годовые дозы облучения четко коррелируют с испытаниями ядерного оружия в атмосфере. В 1963 году коллективная среднегодовая доза, связанная с ядерными испытаниями, связанная с испытаниями ядерного оружия, составила около 7 % дозы облучения от естественных источников, в начале 80-х – до 1 %. Суммарная ожидаемая коллективная эффективная эквивалентная доза от всех ядерных взрывов в атмосфере, произведенных к настоящему времени, составляет 30000 000 чел.-Зв. К 1980 году человечество получило лишь 12 % этой дозы, остальную часть оно будет получать еще миллионы лет.
Атомная энергетика. Атомные электростанции — это источник облучения, вокруг которого идут интенсивные споры. При нормальной работе атомных станций выбросы радиоактивных веществ в окружающую среду невелики. К концу 1984 года в 26 странах работало 345 ядерных реакторов. Их мощность составляла 13 % суммарной мощности всех источников электроэнергии и была равна 200 ГВт, а к 2000 году мощность всех АЭС составила около 1000 ГВт.
Атомные ЭС являются лишь частью ядерного топливного цикла, который начинается с добычи и обогащения урановой руды. Следующий этап — производство ядерного топлива. Отработанное в АЭС ядерное топливо иногда подвергают вторичной обработке, чтобы извлечь из него уран и плутоний. Заканчивается цикл захоронением радиоактивных отходов. На каждой стадии ядерного топливного цикла в окружающую среду попадают радиоактивные вещества.
Добыча урановых руд производится открытым (15 %) и закрытым способами. Неподалеку от шахт располагают обогатительные фабрики, создающие проблему долговременного загрязнения, поскольку в отвалах — "хвостах" скапливается огромное количество радиоактивных отходов, которые будут активными миллионы лет.
Урановый концентрат, поступающий с обогатительной фабрики, подвергается дальнейшей переработке и очистке на специальных заводах и превращается в ядерное топливо, готовое к использованию в ядерном реакторе. В результате такой переработки образуются газообразные и жидкие радиоактивные отходы.
По данным НКДАР ООН, весь ядерный топливный цикл дает ожидаемую коллективную эффективную эквивалентную дозу облучения за счет короткоживущих изотопов около 5,5 чел.-Зв на каждый гигаватт-год, вырабатываемый на АЭС электроэнергии. Из них процесс добычи 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, вызванные регенерацией топлива — 1 чел.-Зв.
90 % всей дозы облучения, обусловленной короткоживущими изотопами, население получает в течение года после выброса, 98 % — в течение 5 лет. Почти вся доза от короткоживущих изотопов приходится на людей, живущих не далее нескольких тысяч километров от АЭС.
Ядерный топливный цикл сопровождается образованием большого количества долгоживущих радионуклидов, которые распространяются по всему земному шару. НКДАР оценивает коллективную эффективную эквивалентную дозу облучения такими изотопами в 670 чел.-Зв на каждый гигават-год вырабатываемой электроэнергии, из которых на первые 500 лет после выброса приходится менее 3 %.
Таким образом, от долгоживущих радионуклидов все население Земли получает такую же среднегодовую дозу облучения, как и население, живущее вблизи АЭС, от короткоживущих радионуклидов.
Годовая коллективная ЭЭД облучения от всего ядерного цикла в 1980 году составила около 500 чел.-Зв, в 2000 г. — около 10 000 чел.-Зв, что составило всего 1 % от естественного фона.