Радиация в воде

Как известно, человек испытывает на себе воздействие радиации, обусловленной не только искусственными источниками (атомная энергетика, испытание ядерного оружия и проч.), но также и естественными (природными) источниками. Более того, как показали исследования Научного Комитета ООН, именно природные источники обуславливают основную часть всей дозы радиации, получаемой человеком, - около 98% и более.

Радиация, получаемая человеком (эффективная приведенная доза радиации), состоит из внешнего и внутреннего облучений. Внешнее облучение возникает за счет источников ионизирующего излучения, которые находятся вне человеческого тела, внутреннее - за счет радиоактивных изотопов (радионуклидов), находящихся в теле человека. Около 65% всей дозы радиации, получаемой человеком, приходится на внутреннее облучение.

Всемирная Организация Здравоохранения осуществила подсчеты, согласно которым, среднемировая доза облучения, которую получает человек в результате воздействия всех природных источников, составляет 2,4 мЗв/год. Данный показатель может варьироваться в разных регионах в зависимости от некоторых факторов, например, от высоты местности над уровнем моря, характера радионуклидов в почве, количества радионуклидов, попадающих в человеческий организм с водой, пищей или воздухом, и т.д.

Дыхание и прием пищи - это основные механизмы, в ходе которых организм человека получает радиоактивные элементы. Питьевая вода оказывает в этом отношении гораздо меньшее влияние, т.к. естественные радиоактивные изотопы присутствуют в ней в весьма малых количествах. Тем не менее, существуют общие нормы радиологического качества воды, установленные ВОЗ, на которые ориентируются различные страны при установлении национальных показателей. Эти нормы представлены в следующей таблице:

Мощность источника радиации (радиоактивность) измеряется активностью радионуклида в источнике и равна отношению числа самопроизвольных ядерных превращений в данном источнике за малый временной интервал к величине этого интервала. В системе СИ принято измерение в Беккерелях (Бк/Bq), т.е. одному распаду в секунду. Внесистемная единица измерения - Кюри (Ки/Ci) -  соответствует активности 1 г радия. Таблица, приведенная ниже, демонстрирует соотношения между единицами измерения.

Приведенная эффективная доза - это величина эффективной эквивалентной дозы облучения, которую получает человек за определенный временной промежуток. Понятие эффективной эквивалентной дозы было введено в целях интегрированного оценивания ущерба здоровью человека в ситуации хронического облучения. При этом важно учитывать, что влияние облучения на разные органы человека может быть неодинаковым.

  Эквивалентная доза измеряется в Джоулях на килограмм. В системе СИ данную единица носит специальное название Зиверт (Зв/Sv). Внесистемная единица - Бэр (Биологический эквивалент рентгена). Соотношение между единицами измерения можно пронаблюдать в следующей таблице:

Естественные источники излучения создают основной радиационный фон на планете. Установлено, что доля естественных источников излучения, накапливаемых человеком в течение всей жизни, в среднем составляет 87%. Остальное приходится на искусственные источники, среди которых большая часть формируется в результате использования радиоизотопов в медицине. Что же касается последствий ядерных взрывов, утечек ядерных отходов и выбросов с атомных электростанций, то они в совокупности составляют не более 1,5 % от всей дозы радиации, получаемой человеком.

Главный естественный источник радиации - это радон - радиоактивный природный газ. Радон обуславливает около 32% общей дозы облучения, получаемой человеком. Этот газ проникает в организм человека при дыхании и может вызывать различные заболевания. Было установлено, что радон является одной из основных причин возникновения рака легких у человека, уступая в этом отношении лишь курению.

Газообразный радионуклид радон-222 невозможно обнаружить стандартными способами, для его обнаружения необходимо использовать специальное оборудование.

Образование радона обуславливается распадом урана. Процесс радиоактивного распада представляет собой сначала переход урана в радий-226, а затем образование радона-222. Уран обнаруживается почти во всех видах грунтов и горных пород, в наибольших количествах он содержится в гранитных породах (до 2мг/л). Таким образом, для местностей, в которых основным породообразующим элементом является гранит, характерно повышенное содержание радона. Этот газ проникает из земли в воздух и рассеивается в нем, в результате чего его концентрация существенно снижается и не представляет опасности для здоровья человека.  Опасных концентраций содержание радона достигает тогда, когда отсутствует достаточный воздухообмен. Это может происходить, например, в замкнутых помещениях. Во избежание этого западные специалисты при строении фундаментов в зонах, представляющих опасность отравления радоном, используют специальные мембраны, которые препятствуют проникновению радона. Но даже эти мембраны не дают абсолютной защиты. Если для снабжения дома водой применяются скважины, то может возникнуть опасность накопления радона в ванных комнатах и кухнях, т.к. радон хорошо растворяется в воде. В результате этого, радон может проникнуть с пищеварительную систему человека вместе с водой, а также при дыхании во время использования зараженной воды. Радон, попавший в организм человека с дыханием, представляет наибольшую угрозу для здоровья.

Агентство по охране окружающей среды США полагает, что содержание радона в воде не должно превышать 300 pCi/l (11,1 Бк/л). Российские Нормы Радиационной Безопасности постановили, что вмешательство не требуется в случаях, если содержание радона в воде менее 60 Бк/кг.

Основной методикой борьбы с радоном является аэрирование воды. Эта процедура является стандартной во время подготовки воды на городских водоочистительных станциях. Поэтому у пользователей муниципальной воды не должно возникать опасений. Для индивидуальных пользователей воды рекомендуется проводить чистку воды при помощи фильтров на основе качественного активированного угля, способного ликвидировать до 99,7% радона.

Еще одним источником природной радиации является тритий. Это радиоактивный изотоп водорода (водород-3) с атомной массой 3. Период полураспада трития - 12,34 года. В процессе распада тритий переходит в гелий, выделяя интенсивное бета-излучение. Но так как энергия бета-частиц не является высокой, тритий не рассматривается как серьезная угроза для здоровья человека. Однако, ситуация меняется, если тритий проникает в организм человека  с дыханием или с водой. Тритий способен замещать водород во всех соединениях с кислородом, азотом и серой, попадая при этом в плазму клетки. Это может привести к повреждениям в генетическом аппарате клеток. К счастью, тритий присутствует в естественных земных экосистемах в ничтожных количествах. Но угрозу могут представлять атомные электростанции, так как тритий, плохо поддаваясь фильтрации, остается главным радиоактивным компонентом жидких и газообразных выбросов большинства АЭС. Результатом этого является загрязнение почты и воды вблизи атомных электростанций. Именно поэтому Директива ЕС по качеству питьевой воды включает тритий в список контролируемых радиологических параметров. 

Следующий естественный источник облучения, о котором пойдет речь, - это радий. Радий является радиоактивным щелочноземельным металлом. Наиболее устойчивый изотоп - радий-226 - образуется при распаде урана. Период полураспада - 1600 лет. Встречается  радий-226 в урановых рудах. В природные воды попадает в результате адсорбционного обмена, диффузионного выщелачивания пород и извлечения из некоторых растительных остатков. В наибольших количествах радий содержится в водах урановых месторождений.

Норма суммарного содержания в воде радия-228 и радия-226, установленного Агентством по Охране Окружающей Среды США, - 5пКи/л (0,185 Бк/л). В соответствии же с российскими Нормами Радиационной Безопасности содержания изотопов радия в воде ограничивается следующими параметрами:

Общая α (Alfa) -радиоактивность - это поток альфа-частиц, которые испускаются в процессе радиоактивного распада элементов тяжелее свинца или образуются во время ядерных реакций. Альфа-частица - это ядро гелия, состоящее из двух протонов и двух нейтронов. Статический электрический заряд такой частицы равен +2, а массовое число - 4. Проникающая способность альфа-излучения мала: несколько сантиметров в воздухе и десятки микрон в биологической ткани. В силу этого альфа-частицы не могут проникнуть даже сквозь верхние слои кожи. Тем не менее, они представляют существенную угрозу, если источник излучения находится внутри организма.

Далее приводится таблица основных альфа-излучателей и соответствующих эффективных доз, получаемых человеком в течение одного года в результате употребления воды, в составе которой имеется любой из данных альфа-радионуклидов и уровнем активности 0,1 Бк/л.

Общая β (Beta)-радиоактивность - это поток частиц с массой, составляющей 1/1837 массы протона, образование которых происходит в результате распада целого ряда элементов, как легких (например, нейтрон), так и тяжелых (например, радий-228). Отрицательно заряженная бета-частица являет собой электрон, положительно заряженная - позитрон. Для бета-излучения характерна большая проникающая способность, чем для альфа-излучения, поэтому бета-излучение представляет и большую опасность для здоровья человека.

 Ниже приводятся основные бета-излучатели и соответствующие эффективные дозы, получаемые человеком в результате употребления в течение одного года воды, в которой содержится любой из этих бета-радионуклидов с уровнем активности 1,0 Бк/л.

  Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) рекомендует в качестве максимального значения общей бета-активности величину в 1,0 Бк/л для осуществления контроля радиологической безопасности воды. В отличие от ВОЗ, USEPA задает общую бета-активность исходя из приведенной эффективной дозы облучения, причиной которого становятся бета-частицы и фотоны.

Приведенная эффективная доза излучения. Органы человеческого тела реагируют на радиацию с разной степенью чувствительности. Кроме того, разные виды радиации могут отличаться друг от друга по уровню биологической активности. В связи с этим Международная комиссия по радиационной защите (МКРЗ) установила коэффициенты излучения и взвешенные коэффициенты для разных тканей с целью определения меры равного эффекта. Меру общего потенциального ущерба, наносимого человеческому организму, принято называть эффективной дозой. Что касается воды, то здесь акцент ставится на количество нуклидов, попадающих вместе с ней в организм человека. Радионуклиды могут накапливаться в организме и находиться в нем на протяжении длительного времени, причиняя существенный вред здоровью человека. Для определения негативного воздействия радионуклидов на организм человека было введено понятие приведенной эффективной дозы.

ВОЗ не дает конкретных рекомендаций относительно величины приведенной эффективности дозы для воды. Но, тем не менее, во всех расчетах ВОЗ используется величина в 0,1 мЗв/год. Если опираться на данные показатели, то при ежедневном употреблении воды, соответствующей нормам радиологической безопасности, в количестве 2 литра, доза излучения, приходящегося на человека, не превысит 0,1 мЗв. Данную величину можно считать безопасной для человека на протяжении всей его жизни.

Приведенные выше показатели можно сравнить с облучением, которое может получить человек из других источников. Например, во время полета в самолете на высоте 8000 метров человек получает дополнительное облучение около 2 мкЗв/ч. Во время прохождения отдельных медицинских процедур житель развитой страны за год получает облучение в 1 мЗв в год.

Таким образом, очевидно, что вода, соответствующая радиологическим нормам, может считаться для человека безопасной. Именно поэтому соблюдение данных нормативов является одним из важнейших факторов сохранения здоровья человека.

 Главными методами борьбы с радионуклидами в воде являются использование активированного угля и ионообменных умягчителей, а также систем подготовки питьевой воды, основанных на мембранах обратного осмоса.Как известно, человек испытывает на себе воздействие радиации, обусловленной не только искусственными источниками (атомная энергетика, испытание ядерного оружия и проч.), но также и естественными (природными) источниками. Более того, как показали исследования Научного Комитета ООН, именно природные источники обуславливают основную часть всей дозы радиации, получаемой человеком, - около 98% и более.

Радиация, получаемая человеком (эффективная приведенная доза радиации), состоит из внешнего и внутреннего облучений. Внешнее облучение возникает за счет источников ионизирующего излучения, которые находятся вне человеческого тела, внутреннее - за счет радиоактивных изотопов (радионуклидов), находящихся в теле человека. Около 65% всей дозы радиации, получаемой человеком, приходится на внутреннее облучение.

Всемирная Организация Здравоохранения осуществила подсчеты, согласно которым, среднемировая доза облучения, которую получает человек в результате воздействия всех природных источников, составляет 2,4 мЗв/год. Данный показатель может варьироваться в разных регионах в зависимости от некоторых факторов, например, от высоты местности над уровнем моря, характера радионуклидов в почве, количества радионуклидов, попадающих в человеческий организм с водой, пищей или воздухом, и т.д.

Дыхание и прием пищи - это основные механизмы, в ходе которых организм человека получает радиоактивные элементы. Питьевая вода оказывает в этом отношении гораздо меньшее влияние, т.к. естественные радиоактивные изотопы присутствуют в ней в весьма малых количествах. Тем не менее, существуют общие нормы радиологического качества воды, установленные ВОЗ, на которые ориентируются различные страны при установлении национальных показателей. Эти нормы представлены в следующей таблице:

Мощность источника радиации (радиоактивность) измеряется активностью радионуклида в источнике и равна отношению числа самопроизвольных ядерных превращений в данном источнике за малый временной интервал к величине этого интервала. В системе СИ принято измерение в Беккерелях (Бк/Bq), т.е. одному распаду в секунду. Внесистемная единица измерения - Кюри (Ки/Ci) -  соответствует активности 1 г радия. Таблица, приведенная ниже, демонстрирует соотношения между единицами измерения.

Приведенная эффективная доза - это величина эффективной эквивалентной дозы облучения, которую получает человек за определенный временной промежуток. Понятие эффективной эквивалентной дозы было введено в целях интегрированного оценивания ущерба здоровью человека в ситуации хронического облучения. При этом важно учитывать, что влияние облучения на разные органы человека может быть неодинаковым.

  Эквивалентная доза измеряется в Джоулях на килограмм. В системе СИ данную единица носит специальное название Зиверт (Зв/Sv). Внесистемная единица - Бэр (Биологический эквивалент рентгена). Соотношение между единицами измерения можно пронаблюдать в следующей таблице:

Естественные источники излучения создают основной радиационный фон на планете. Установлено, что доля естественных источников излучения, накапливаемых человеком в течение всей жизни, в среднем составляет 87%. Остальное приходится на искусственные источники, среди которых большая часть формируется в результате использования радиоизотопов в медицине. Что же касается последствий ядерных взрывов, утечек ядерных отходов и выбросов с атомных электростанций, то они в совокупности составляют не более 1,5 % от всей дозы радиации, получаемой человеком.

Главный естественный источник радиации - это радон - радиоактивный природный газ. Радон обуславливает около 32% общей дозы облучения, получаемой человеком. Этот газ проникает в организм человека при дыхании и может вызывать различные заболевания. Было установлено, что радон является одной из основных причин возникновения рака легких у человека, уступая в этом отношении лишь курению.

Газообразный радионуклид радон-222 невозможно обнаружить стандартными способами, для его обнаружения необходимо использовать специальное оборудование.

Образование радона обуславливается распадом урана. Процесс радиоактивного распада представляет собой сначала переход урана в радий-226, а затем образование радона-222. Уран обнаруживается почти во всех видах грунтов и горных пород, в наибольших количествах он содержится в гранитных породах (до 2мг/л). Таким образом, для местностей, в которых основным породообразующим элементом является гранит, характерно повышенное содержание радона. Этот газ проникает из земли в воздух и рассеивается в нем, в результате чего его концентрация существенно снижается и не представляет опасности для здоровья человека.  Опасных концентраций содержание радона достигает тогда, когда отсутствует достаточный воздухообмен. Это может происходить, например, в замкнутых помещениях. Во избежание этого западные специалисты при строении фундаментов в зонах, представляющих опасность отравления радоном, используют специальные мембраны, которые препятствуют проникновению радона. Но даже эти мембраны не дают абсолютной защиты. Если для снабжения дома водой применяются скважины, то может возникнуть опасность накопления радона в ванных комнатах и кухнях, т.к. радон хорошо растворяется в воде. В результате этого, радон может проникнуть с пищеварительную систему человека вместе с водой, а также при дыхании во время использования зараженной воды. Радон, попавший в организм человека с дыханием, представляет наибольшую угрозу для здоровья.

Агентство по охране окружающей среды США полагает, что содержание радона в воде не должно превышать 300 pCi/l (11,1 Бк/л). Российские Нормы Радиационной Безопасности постановили, что вмешательство не требуется в случаях, если содержание радона в воде менее 60 Бк/кг.

Основной методикой борьбы с радоном является аэрирование воды. Эта процедура является стандартной во время подготовки воды на городских водоочистительных станциях. Поэтому у пользователей муниципальной воды не должно возникать опасений. Для индивидуальных пользователей воды рекомендуется проводить чистку воды при помощи фильтров на основе качественного активированного угля, способного ликвидировать до 99,7% радона.

Еще одним источником природной радиации является тритий. Это радиоактивный изотоп водорода (водород-3) с атомной массой 3. Период полураспада трития - 12,34 года. В процессе распада тритий переходит в гелий, выделяя интенсивное бета-излучение. Но так как энергия бета-частиц не является высокой, тритий не рассматривается как серьезная угроза для здоровья человека. Однако, ситуация меняется, если тритий проникает в организм человека  с дыханием или с водой. Тритий способен замещать водород во всех соединениях с кислородом, азотом и серой, попадая при этом в плазму клетки. Это может привести к повреждениям в генетическом аппарате клеток. К счастью, тритий присутствует в естественных земных экосистемах в ничтожных количествах. Но угрозу могут представлять атомные электростанции, так как тритий, плохо поддаваясь фильтрации, остается главным радиоактивным компонентом жидких и газообразных выбросов большинства АЭС. Результатом этого является загрязнение почты и воды вблизи атомных электростанций. Именно поэтому Директива ЕС по качеству питьевой воды включает тритий в список контролируемых радиологических параметров. 

Следующий естественный источник облучения, о котором пойдет речь, - это радий. Радий является радиоактивным щелочноземельным металлом. Наиболее устойчивый изотоп - радий-226 - образуется при распаде урана. Период полураспада - 1600 лет. Встречается  радий-226 в урановых рудах. В природные воды попадает в результате адсорбционного обмена, диффузионного выщелачивания пород и извлечения из некоторых растительных остатков. В наибольших количествах радий содержится в водах урановых месторождений.

Норма суммарного содержания в воде радия-228 и радия-226, установленного Агентством по Охране Окружающей Среды США, - 5пКи/л (0,185 Бк/л). В соответствии же с российскими Нормами Радиационной Безопасности содержания изотопов радия в воде ограничивается следующими параметрами:

Общая α (Alfa) -радиоактивность - это поток альфа-частиц, которые испускаются в процессе радиоактивного распада элементов тяжелее свинца или образуются во время ядерных реакций. Альфа-частица - это ядро гелия, состоящее из двух протонов и двух нейтронов. Статический электрический заряд такой частицы равен +2, а массовое число - 4. Проникающая способность альфа-излучения мала: несколько сантиметров в воздухе и десятки микрон в биологической ткани. В силу этого альфа-частицы не могут проникнуть даже сквозь верхние слои кожи. Тем не менее, они представляют существенную угрозу, если источник излучения находится внутри организма.

Далее приводится таблица основных альфа-излучателей и соответствующих эффективных доз, получаемых человеком в течение одного года в результате употребления воды, в составе которой имеется любой из данных альфа-радионуклидов и уровнем активности 0,1 Бк/л.

Общая β (Beta)-радиоактивность - это поток частиц с массой, составляющей 1/1837 массы протона, образование которых происходит в результате распада целого ряда элементов, как легких (например, нейтрон), так и тяжелых (например, радий-228). Отрицательно заряженная бета-частица являет собой электрон, положительно заряженная - позитрон. Для бета-излучения характерна большая проникающая способность, чем для альфа-излучения, поэтому бета-излучение представляет и большую опасность для здоровья человека.

 Ниже приводятся основные бета-излучатели и соответствующие эффективные дозы, получаемые человеком в результате употребления в течение одного года воды, в которой содержится любой из этих бета-радионуклидов с уровнем активности 1,0 Бк/л.

  Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) рекомендует в качестве максимального значения общей бета-активности величину в 1,0 Бк/л для осуществления контроля радиологической безопасности воды. В отличие от ВОЗ, USEPA задает общую бета-активность исходя из приведенной эффективной дозы облучения, причиной которого становятся бета-частицы и фотоны.

Приведенная эффективная доза излучения. Органы человеческого тела реагируют на радиацию с разной степенью чувствительности. Кроме того, разные виды радиации могут отличаться друг от друга по уровню биологической активности. В связи с этим Международная комиссия по радиационной защите (МКРЗ) установила коэффициенты излучения и взвешенные коэффициенты для разных тканей с целью определения меры равного эффекта. Меру общего потенциального ущерба, наносимого человеческому организму, принято называть эффективной дозой. Что касается воды, то здесь акцент ставится на количество нуклидов, попадающих вместе с ней в организм человека. Радионуклиды могут накапливаться в организме и находиться в нем на протяжении длительного времени, причиняя существенный вред здоровью человека. Для определения негативного воздействия радионуклидов на организм человека было введено понятие приведенной эффективной дозы.

ВОЗ не дает конкретных рекомендаций относительно величины приведенной эффективности дозы для воды. Но, тем не менее, во всех расчетах ВОЗ используется величина в 0,1 мЗв/год. Если опираться на данные показатели, то при ежедневном употреблении воды, соответствующей нормам радиологической безопасности, в количестве 2 литра, доза излучения, приходящегося на человека, не превысит 0,1 мЗв. Данную величину можно считать безопасной для человека на протяжении всей его жизни.

Приведенные выше показатели можно сравнить с облучением, которое может получить человек из других источников. Например, во время полета в самолете на высоте 8000 метров человек получает дополнительное облучение около 2 мкЗв/ч. Во время прохождения отдельных медицинских процедур житель развитой страны за год получает облучение в 1 мЗв в год.

Таким образом, очевидно, что вода, соответствующая радиологическим нормам, может считаться для человека безопасной. Именно поэтому соблюдение данных нормативов является одним из важнейших факторов сохранения здоровья человека.

 Главными методами борьбы с радионуклидами в воде являются использование активированного угля и ионообменных умягчителей, а также систем подготовки питьевой воды, основанных на мембранах обратного осмоса.