На этой странице:

МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ТОВАРОВ ПО ПОКАЗАТЕЛЯМ БЕЗОПАСНОСТИ

Методы контроля радиационной безопасности товаров

Среди вопросов, представляющих научный интерес, немногие приковывают к себе столь постоянное внимание общественности и вызывают так много споров, как вопрос о действии радиации на человека и окружающую среду. Действие ионизирующей радиации на живой организм интересовало мировую науку с момента открытия и начала применения радиоактивного излучения. Мировая общественность стала проявлять серьезную озабоченность по поводу воздействия ионизирующих излучений на человека и окружающую среду с начала 1950-х гг.

Радиоактивность — это не новое явления, новизна состоит лишь в том, как люди пытались ее использовать. И радиоактивность, и сопутствующие ей ионизирующие излучения существовали на Земле задолго до зарождения жизни и присутствовали в космосе до возникновения самой Земли.

В 1896 г. французский ученый Анри Беккерель положил несколько фотографических пластинок в ящик стола, придавив их кусками какого-то минерала, содержащего уран. При проявлении пластинок он обнаружил на них следы каких-то излучений, которые Беккерель приписал урану. В 1898 г. Мария Кюри и ее муж Пьер Кюри обнаружили, что уран после излучения таинственным образом превращается в другие химические элементы. Еще раньше в 1895 г. рентгеновские лучи были случайно открыты немецким физиком Вильгельмом Рентгеном. Мария Кюри ввела в употребление слово “радиоактивность”.

Радиоактивность — это самопроизвольное превращение (распад) ядра атома химического элемента, приводящее к изменению его атомного номера или изменению массового числа. При таком превращении ядра происходит испускание радиоактивных излучений.

Радиоактивность, наблюдаемая у ядер, существующих в природных условиях, называется естественной, радиоактивность ядер, полученных посредством ядерных реакций, называется искусственной.

Между искусственной и естественной радиоактивностью нет принципиального различия. Процесс радиоактивного превращения в обоих случаях подчиняется одному закону — закону радиоактивного распада:

где N₀ — количество ядер в начальный момент;

N — количество нераспавшихся атомов в момент времени t;

X — константа, характерная для радиоактивного вещества, называемая постоянной распада.

Закон радиоактивного превращения показывает экспоненциальную зависимость числа нераспавшихся ядер от их начального количества.

Имеется три вида радиоактивных излучений (рис. 4.1):

— а-лучи — отклоняются под действием магнитного поля в ту же сторону, в которую отклонялся бы поток положительно заряженных частиц;
— Р-лучи — отклоняются магнитным полем в противоположную сторону, т. е. так, как отклонялся бы поток отрицательно заряженных частиц;
— у-лучи — никак не реагируют на действие магнитного поля. Это электромагнитное излучение весьма малой длины волны (10^_3—1 А (ангстрем), 1 А = 1(Г¹⁰ м).

Альфа-распад. Альфа-лучи представляют собой поток ядер гелия Не. Альфа-распад сопровождается вылетом из ядра

Три вида излучений и их проникающая способность

Рис. 4.1. Три вида излучений и их проникающая способность

а-частицы (⁴Не), при этом первоначальное превращается в ядро атома нового химического элемента, заряд которого меньше на 2, а массовое число — на 4 единицы.

Примером может служить распад изотопа урана ²³⁸U, протекающий с образованием тория ²³⁴Th:

Скорости, с которыми а-частицы (т. е. ядра * Не) вылетают из распавшегося ядра, очень велики ~ 10⁶ м/с.

Пролетая через вещество, а-частица постепенно теряет свою энергию, затрачивая ее на ионизацию молекул вещества, и в конце концов останавливается. При этом а-частица образует на своем пути примерно 10⁵ пар ионов на 1 см пути.

Естественно, что чем больше плотность вещества, тем меньше пробег а-частиц до остановки. В воздухе при нормальном давлении пробег составляет несколько см, в воде, в тканях человека (мышцы, кровь, лимфа) — 0,1-0,15 мм. Альфа- частицы полностью задерживаются обычным листком бумаги.

В случае внешнего облучения а-частицы не представляют большой опасности, так как могут быть полностью задержаны одеждой, резиной. Но а-частицы очень опасны при попадании внутрь организма из-за большой плотности производимой ими ионизации. При этом повреждения, возникающие в тканях, фактически не обратимы.

Бета-распад. Существует три разновидности р-распада. В одном случае ядро, претерпевшее превращение, испускает электрон, в другом — позитрон, в третьем случае, называемом электронным захватом (е-захватом), ядро поглощает один из электронов.

Первый вид p-распада, или электронный распад, проходит по схеме (в верхнем индексе указывается массовое число, а в нижнем — атомный номер)

Весь процесс протекает так, как если бы один из нейтронов ядра 2 А’’ превратился в протон, испустив электрон и антинейтрино:

Второй вид распада (р⁺-распад, или позитронный распад) протекает по схеме

Процесс протекает так, как если бы один из протонов исходного ряда превратился в нейтрон, испустив при этом позитрон и нейтрино:

Третий вид распада (электронный захват) заключается в том, что ядро поглощает один из электронов своего атома, в результате чего один из протонов превращается в нейтрон, испуская при этом нейтрино:

Скорость движения Р-частиц в вакууме равна 0,3-0,99 скорости света. Поэтому они быстрее, чем а-частицы, пролетают через встречные атомы и взаимодействуют с ними. Бета- частицы обладают меньшим эффектом ионизации (50-100 пар ионов на 1 см пути в воздухе), и при попадании Р-частиц внутрь организма они менее опасны, чем а-частицы. Однако проникающая способность р-частиц велика (от 10 см до 25 м в воздухе и до 17,5 мм в биологических тканях).

Гамма-излучение — электромагнитное излучение, испускаемое ядрами атомов при радиоактивных превращениях, которое распространяется в вакууме с постоянной скоростью 300 000 км/с. Это излучение сопровождает, как правило, p-распад и реже — а-распад.

По своей природе у-излучение подобно рентгеновскому, но обладает значительно большей энергией (при меньшей длине волны). Являясь электрически нейтральными, у-лучи, не отклоняются в магнитном и электрическом полях. В веществе и вакууме они распространяются прямолинейно и равномерно во все стороны от источника, не вызывая прямой ионизации, при движении в среде они выбивают электроны, передавая им часть или всю свою энергию, которые производят процесс ионизации. На 1 см пробега у-лучи образуют 1-2 пары ионов. В воздухе они проходят путь до нескольких сот метров и даже километров, в бетоне — 25 см, в свинце — 5 см, в воде — десятки метров, а живые организмы пронизывают насквозь (рис. 4.1).

В силу большой проникающей способности у-лучи представляют значительную опасность для живых организмов как источник внешнего облучения.

Рассмотрим источники природной и искусственной радиоактивности. Основную часть облучения население земного шара получает от естественных источников радиации. Большинство из них таковы, что избежать облучения от них совершенно невозможно.

Радиоактивные вещества могут как находиться вне организма и облучать его снаружи (внешнее облучение), так и оказаться в воздухе, в пище или в воде и попасть внутрь организма (внутреннее облучение).

Природная радиоактивность обусловлена радиоактивными изотопами естественного происхождения, присутствующими во всех оболочках земли — литосфере, гидросфере, атмосфере, биосфере.

Радиоактивные элементы условно могут быть подразделены на три группы:

— радиоактивные изотопы, входящие в состав радиоактивных семейств, родоначальниками которых являются уран ²³⁸U, торий ²³²Th и актиноуран AcU (²³⁵U);
— генетически не связанные с ними радиоактивные элементы: калий ⁴⁰К, кальций ⁴⁸Са, рубидий ⁸⁷Rb и др.;
— радиоактивные изотопы, непрерывно возникающие на Земле в результате ядерных реакций под воздействием космических лучей. Наиболее важными из них являются углерод (¹⁴С) и тритий (^:iH).

Естественные радиоактивные вещества — это в основном долгоживущие изотопы с периодом полураспада 10⁸— 10¹⁶ лет.

Кроме естественных радиоактивных изотопов, существующих в природной смеси элементов, известно много искусственных, полученных в результате различных ядерных реакций. Например, при ядерных взрывах образуется около 250 различных изотопов (из них 225 радиоактивных), являющихся непосредственными осколками деления ядер тяжелых элементов и продуктов их распада.

В число образовавшихся радионуклидов входит непрореагировавшая часть ядерного горючего, которая представляет собой неразделившиеся ядра атомов урана, плутония, которые являются а-излучателями.

К искусственным радионуклидам с особо высокой токсичностью относятся ²¹⁰Pb, ²²⁽ⁱRa, ²²⁷Ac, ²²⁸Th, ²³⁰Th, ²³²Th.

Группа радионуклидов с высокой радиотоксичностью включает ⁹⁰Sr, ¹⁰⁶Ru, ¹³¹1,¹⁴⁴Сеи др.

К группе радионуклидов, обладающих средней радиотоксичностью, относятся ²²Na, ⁸⁹Sr, ¹³⁷Cs, ⁵⁹Fe, ^Gr,Zn, ¹⁴⁰Ba и др.

За последние несколько десятилетий человек создал несколько сотен искусственных радионуклидов и научился использовать энергию атома в самых разных целях: в медицине, для создания атомного оружия, для производства энергии, для поиска полезных ископаемых. Все это приводит к увеличению дозы облучения населения Земли в целом.

По данным Научного комитета по действию атомной радиации при ООН, 2/3 дозы облучения, которую человек получает от естественных источников радиации, поступает от радиоактивных веществ, попавших в организм с пищей, водой и воздухом.

Прежде чем попасть в организм человека, радиоактивные вещества проходят в окружающей среде сложный маршрут (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Распространение радиоактивных веществ в окружающей среде

Характер и уровень радионуклидов в продуктах питания определяется сложившейся радиационной обстановкой. Продукты питания могут содержать отдельные радионуклиды, а также различного рода их смеси. В растения радионуклиды поступают в результате непосредственного загрязнения и из почвы. Особое значение имеет прямое загрязнение растений из радиоактивного облака в период их вегетации. По степени возрастания задерживания радионуклидов растения могут быть расположены в ряд капуста — свекла — картофель — пшеница — естественная травяная растительность.

По убыванию скорости листовой абсорбции водорастворимые радионуклиды можно расположить в ряд Cs — Ва — Sr — Pu.

Из почвы растения поглощают те радионуклиды, которые растворяются в воде. По степени возрастания поступления из почвы радионуклиды можно расположить в ряд Sr — I — Ва — Cs — Pu — Се — Zn — Nb — Ро.

В организм животных радионуклиды могут поступить через желудочно-кишечный тракт, органы дыхания и кожный покров. По убыванию способности концентрировать всосавшиеся радионуклиды основные органы можно расположить в ряд щитовидная железа — печень — почки — скелет — мышцы.

Технологическая переработка пищевого сырья и кулинарная обработка продуктов приводит к значительному снижению содержания в них радионуклидов, удаляемых с малоценными в пищевом отношении отходами. Например, в картофеле и свекле при их очистке удаляется 30-40 % ^fl0Sr. При варке активность радионуклидов снижается еще на 10-20 %. Со свеклы, капусты, гороха, щавеля, грибов в отвар переходит соответственно 60, 80, 45, 50, 85 % радионуклидов. При варке говядины в бульон переходит от 20 до 50 % ¹³'Cs, а при варке мяса кур — до 45 %.

Существенное снижение содержания радионуклидов в молочных продуктах достигается путем получения из них жировых и белковых концентратов.

Радиация по самой своей природе вредна для жизни. Малые дозы могут “запустить” не до конца еще установленную цепь событий, приводящую к раку или генетическим повреждениям. При больших дозах радиация может разрушать клетки, повреждать ткани органов и вызывать гибель организма.

Биологическое действие ионизирующего излучения условно можно подразделить на две группы:

1) первичные химические процессы, возникающие в молекулах живых клеток и окружающего их субстрата;
2) нарушение функций всего организма как следствие первичных процессов.

В результате облучения живой ткани, как и в любой среде, поглощается энергия и возникает возбуждение и ионизация атомов облучаемого вещества.

Поскольку у человека основную часть массы тела составляет вода (около 75 %), первичные процессы во многом определяются ионизацией молекул воды с образованием высокоактивных в химическом отношении свободных радикалов типа ОН и Н и последующими цепными реакциями с участием этих радикалов (в основном окисление этими радикалами молекул белка).

Прямое действие ионизирующего излучения может вызвать расщепление молекул белка.

В дальнейшем под действием первичных процессов в клетках возникают функциональные изменения, подчиняющиеся уже биологическим законам жизни клеток. Наиболее важными изменениями при этом являются:

— повреждение механизма митоза (деления) и хромосомного аппарата облученной клетки;
— блокирование процессов обновления клетки;
— блокирование процессов пролиферации (новообразования клеток) и последующей физиологической регенерации тканей.

Наиболее радиочувствительными являются клетки постоянно обновляющихся тканей и органов (костный мозг, половые железы, селезенка, щитовидная железа).

МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ТОВАРОВ ПО ПОКАЗАТЕЛЯМ БЕЗОПАСНОСТИ

Методы контроля радиационной безопасности товаров

Классификация методов контроля качества товаров и физико-химических (измерительных) методов исследования

ХИМИЧЕСКИЕ, ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ, ОБЩЕФИЗИЧЕСКИЕ, ОПТИЧЕСКИЕ И ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ТОВАРОВ И ИХ ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Хроматографические методы контроля качества товаров

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ТОВАРОВ

Радиационная безопасность. Основные принципы и нормы радиационной безопасности

Нормы радиационной безопасности

Контроль за движением товара посредством транспортного документа

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ