ВВЕДЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Конец прошлого века был ознаменован двумя выдающимися открытиями: в 1895 г. В.К. Рентген обнаружил новый, неизвестный до этого вид излучения, названный впоследствии рентгеновскими лучами, а в 1896 г. А. Беккерель установил, что уран самопроизвольно испускает невидимые лучи - явление, которое было названо радиоактивностью, а само излучение - ионизирующим излучением. Одновременно было установлено, что оба вида этих излучений обладают способностью ионизировать атомы и молекулы, а также приводить их в возбужденное состояние, вследствие чего ионизированные и возбужденные атомы и молекулы приобретают новые свойства, в частности способность вступать в реак- ции и образовывать соединения, ранее им несвойственные.

Выдающийся английский физик Э. Резерфорд в 1899 г. открыл α- и β-излучения, испускаемые при распаде радионуклидов. В дальнейшем он создал теорию распада радиоактивных веществ и разработал теорию планетарной модели строения атома (1911). В последующие годы были проведены многочисленные исследования реакций, происходящих в различных химических элементах при их бомбардировке α-частицами. В 1918 г. Э. Резерфорд установил, что при облучении α-частицами атомов азота образуются атомы кислорода, т.е. впервые была открыта возможность искусственных ядерных превращений (превращений одних элементов в другие). В 1930 г. было обнаружено, что при бомбардировке ядер бериллия, лития и бора наряду с протонами образуется особый неизвестный вид излучения, названный вначале бериллиевыми лучами, так как при использовании бериллия это излучение оказывалось особенно интенсивным.

Ф. Жолио-Кюри, изучавший это излучение, пришел к выводу, что оно представляет собой элементарные частицы, не имеющие заряда и обладающие высокой проникающей способностью, так как они не притягиваются и не отталкиваются ядрами облучаемых атомов. Английский физик Дж. Чедвик также подтвердил, что данное излучение - это нейтральные частицы, обладающие массой, очень близкой к массе протонов. Он назвал эти частицы нейтронами. Так было сделано одно из крупнейших открытий в области атомной физики - открытие нейтрона.

Применение нейтронов для бомбардировки различных элементов показало их преимущество по сравнению с α-частицами. В то время как α-частицы, как и протоны, имея положительный электрический заряд, отталкиваются атомными ядрами, также заряженными положительно, нейтроны, не имея заряда, могут свободно проникать в ядра атомов и вызывать ядерные реакции. Благодаря такому преимуществу нейтронов и их применению в эксперименте для атомной бомбардировки вскоре было получено большое количество искусственных радиоактивных изотопов. Помимо этого, открытие нейтронов позволило высказать гипотезу, что атомные ядра состоят только из нейтронов и протонов. Это предположение, выдвинутое впервые в 1932 г. советским физиком Д.Д. Иваненко, сейчас является общепризнанным и лежит в основе учения об атомном ядре.

С момента открытия нейтрона в разных странах велась напряженная работа по изучению ядерных реакций с помощью облучения нейтронами. В 1934 г. во Франции Ф. Жолио-Кюри открыл возможность получения искусственных радиоактивных нуклидов, облучая нейтронами стабильные изотопы. В том же году в Италии Э. Ферми не только установил возможность получения искусственных радиоактивных изотопов, но и обнаружил, что этот процесс происходит гораздо быстрее при облучении стабильных изотопов медленными нейтронами. В 1937 г. Ф. Жолио-Кюри и П. Савич сообщили о том, что при облучении урана нейтронами возникают радиоактивные элементы, которые по химическим свойствам близки к лантану; это указывало на принципиально новый вид ядерных реакций, т.е. на то, что ядро атома урана делится, образуя осколки - ядра радиоактивных нуклидов, стоящих в середине периодической системы Менделеева.

В январе 1939 г. немецкие радиохимики О. Ган и Ф. Штрассман опубликовали результаты своих исследований по облучению нейтронами урана. Как оказалось, при этом происходит распад ядра урана. В том же году Л. Мейтнер, О. Фриш и Ф. Жолио-Кюри доказали, что при распаде ядра урана испускаемые осколки деления обладают суммарной кинетической энергией около 200 МэВ. В этот период Э. Ферми, Ф. Жолио-Кюри, Л. Коварски и другие ученые установили, что при делении ядра урана на осколки выделяется несколько свободных нейтронов, которые, попадая в соседние ядра атомов урана, могут вызывать их деление, т.е. реакция в этом

случае приобретает цепной характер, и, раз начавшись, деление ядер урана может продолжаться само собой с лавинообразным нарастанием.

Открытие цепной реакции деления урана предоставило невиданные возможности практического использования ядерных ре- акций в самых различных областях: энергетической, химической, технической, медицинской и др. Исполнилось предсказание акад. В.И. Вернадского, который еще в 1922 г. писал: «Мы подходим к великому перевороту в жизни человечества, с которым не может сравниться все им ранее пережитое. Недалеко время, когда человек получит в свои руки атомную энергию, такой источник силы, который даст ему возможность строить свою жизнь, как он захочет. Это может случиться в ближайшие годы, может случиться через столетие. Но ясно, что это должно быть».

Открытие атомной энергии совершилось менее чем через 20 лет после высказывания В.И. Вернадского. Сразу же в разных странах (США, Англия, Франция, Германия, СССР) были предприняты поиски конкретных путей осуществления таких возможностей. С этого момента начался новый период в области ядерной физики, когда наряду с научными исследованиями в лабораториях и институтах быстрыми темпами создавалась атомная промышленность. К этому побуждали Вторая мировая война и связанная с ней опасность появления ядерного оружия в гитлеровской Германии, где широко велись изыскания по созданию такого оружия. Неограниченные средства, отпускаемые в то время в США на решение атомной проблемы, позволили эмигрировавшему из фашистской Италии Э. Ферми уже 2 декабря 1942 г. пустить в Чикаго первый атомный реактор. В августе 1945 г. США сбросили первые атомные бомбы на японские города Хиросиму и Нагасаки. Эквивалентная мощность этих снарядов равнялась соответственно 12 500 и 20 000 т тринитротолуола.

В этот же период в результате плодотворных усилий ученых при разработке основных процессов ядерной физики теоретически была установлена возможность осуществления реакции синтеза легких ядер - термоядерной реакции. Сразу же после создания атомных бомб и окончания второй мировой войны правящие круги США переключили своих ученых-физиков на изыскание практических возможностей изготовления термоядерного оружия. Американская администрация всеми силами стремилась утвердить

атомную монополию на всей планете. Однако эта политика потерпела крах.

После известия о применении ядерного оружия в Японии перед учеными, инженерами и конструкторами нашей страны была по- ставлена задача создать отечественное ядерное оружие в кратчайший срок. Под руководством акад. И.В. Курчатова была проведена напряженнейшая теоретическая, экспериментальная и прикладная работа в области ядерной физики. 25 декабря 1946 г. в нашей стране осуществлена управляемая цепная реакция деления ядер урана на первом ядерном реакторе Ф-1. Миф о научно-технической отсталости был развеян испытанием первой советской атомной бомбы 29 августа 1949 г.

В результате претворения в жизнь широкой программы освоения атомной энергии в Советском Союзе были созданы ядерные реакторы различных систем и мощностей, сооружена в 1954 г. первая в мире атомная электростанция (АЭС) и впервые создано термоядерное оружие.

Аналогичные успехи в освоении атомной энергии были достигнуты в последующие годы в Англии и Франции.

Таким образом, происшедшие в конце прошлого столетия и особенно в последующие десятилетия XX века научные открытия глубоко отразились на условиях жизни человечества. Это прежде всего касается открытий в области ядерной физики, позволивших уже теперь использовать атомную энергию во всех областях народного хозяйства, науки и техники. Колоссальные успехи в этой области могут быть проиллюстрированы следующими примерами: если в 20-х годах ХХ века во всем мире имелось всего несколько сотен граммов радия, а в России до 1917 г. - лишь 1000 мг этого препарата, то в настоящее время мировая атомная промышлен- ность ежегодно производит такое количество радионуклидов, которое по своей активности эквивалентно сотням тысяч тонн радия.

Через 25 лет после пуска первой АЭС в 20 странах мира уже работали 200 АЭС с суммарной мощностью свыше 100 тыс. МВт. Только за 1976-1980 гг. в СССР на долю АЭС приходилась 1/5 всех вводимых в строй электроэнергетических мощностей, причем темпы ввода АЭС опережали развитие всей электроэнергетики страны в целом. На начало 2009 г. в мире находилось в разной стадии эксплуатации около 450 энергетических реакторов. В нашей

стране намечено разработать и освоить производство энергоблоков мощностью 800 тыс. кВт, а затем и 1600 тыс. кВт с реакторами на быстрых нейтронах, решить научно-технические проблемы, свя- занные с созданием энергоблоков мощностью 1500 тыс. кВт с реакторами на медленных (тепловых) нейтронах. Авария на ЧАЭС в 1986 г. по существу приостановила развитие атомной энергетики в России на многие годы. В настоящее время АЭС России делают около 17% общей электроэнергии, вырабатываемой в стране за счет всех источников. Во Франции эта доля достигает 85%, в Германии - 45%.

В недалеком будущем наука, несомненно, овладеет управляемой термоядерной реакцией и человечество получит неисчерпае- мый источник энергии.

Широкие возможности использования радионуклидов и источников ионизирующих излучений во многом обогатили науку и практику. Ионизирующие излучения позволяют значительно повысить качество продукции химического производства, например облучение автомобильных шин увеличивает их пробег на 20-30%.

С помощью атомной энергии можно получать вещества и материалы с заранее заданными свойствами, чего обычными хими- ческими способами добиться невозможно. Радиационные методы окисления парафинов в производстве моющих средств заменяют пищевые жиры синтетическими продуктами. Радионуклиды (меченые атомы), введенные в химические соединения, дают воз- можность изучать и совершенствовать технологические процессы. Метод меченых атомов прочно вошел в практику научных исследований (метод изотопного разделения, радиометрическое титрование, нейтронный активационный анализ и др.).

Широкое применение в промышленности нашли приборы для контроля и автоматизации производственных процессов, в которых измерительный элемент не контактирует с измеряемой средой. В легкой промышленности радиоактивные изотопы используются в установках для снятия зарядов статического электричества, особенно в производстве искусственного волокна.

Для обнаружения дефектов в отливках, сварных швах деталей в качестве наиболее эффективного метода применяют γ- и рентгенодефектоскопию. В металлургии, судостроении, при строительстве газо- и нефтепроводов и т.д. качество изделий контролируют с помощью рентгеновского и γ-излучения.

Неуклонный рост потребности в пресной воде заставляет мировое сообщество искать все новые водные ресурсы. Неисчерпаемые возможности в этом направлении открывает применение ядерной энергии для опреснения воды. На 3-й Женевской конференции по мирному использованию атомной энергии в 1964 г. ученые вы- сказывались в пользу строительства комбинированных установок, рассчитанных на выработку электроэнергии и опреснение воды. Примером сооружений такого рода может служить АЭС с реактором на быстрых нейтронах типа БН-350, сооруженная для обеспечения электроэнергией и пресной водой г. Шевченко (Казахстан).

Создан новый арсенал средств борьбы с насекомыми. Так, массовая стерилизация насекомых посредством облучения (с целью предотвращения дальнейшего их размножения) позволила резко сократить в США численность мясной мухи, причинявшей значительные убытки скотоводам. При этом основным способом борьбы является стерилизация облучением искусственно выращенных самцов плодовых мух, количество которых превышает число мух, обычно обитающих в природных условиях.

Воздействие ионизирующей радиации на семенной материал позволяет получить более продуктивные и устойчивые виды мутантов. Облучение зерна повышает сроки его хранения, уничтожает насекомых-вредителей.

В ряде стран облучают картофель с целью предупреждения его прорастания. Облучением можно уничтожить трихинеллы в свини- не и ленточных паразитов в мясе. Облучение тропических фруктов и овощей задерживает их созревание, уничтожает грибы и насекомых. Использование ионизирующих излучений в промышленности и сельском хозяйстве дает громадную экономию, исчисляемую в миллиардах рублей.

Особенно следует подчеркнуть важность применения источников ионизирующего излучения в медицине, которое практически началось с момента открытия рентгеновского излучения и явления радиоактивности. Значимость рентгеновского излучения в медицине в настоящее время трудно переоценить, а диагностика и лечение с помощью радиоактивных изотопов ряда заболеваний сегодня спасают жизнь тысячам больных. Полезное применение ионизирующего излучения расширяется с каждым годом во всех областях хозяйственной деятельности.

Итак, человечество прочно вступило в атомный век. Однако вместе с этим неизбежно растет число лиц, имеющих непосред- ственный профессиональный контакт с радионуклидами, а при некоторых технологических процессах получения и применения атомной энергии возможно поступление радиоактивных отходов в окружающую среду. Если к этому добавить, что испытания атомно-водородного оружия создают на всей планете новый не- регулируемый фактор радиационного воздействия на громадные массы человечества, то с полным правом можно сказать, что при всех благах, которые несет человеку атомная энергия в мирных целях, она содержит в себе потенциальную возможность переоблучения значительных коллективов и загрязнения радионуклидами окружающей среды, если, разумеется, не будут приниматься меры радиационной защиты.

Таким образом, перед наукой, в первую очередь перед гигиеной, стоит огромной важности проблема защиты человека от пора- жающего воздействия ионизирующей радиации. Для успешного ее решения необходимо знать физическую природу ионизирующего излучения, явления радиоактивности, процессы взаимодействия ионизирующего излучения с материей, т.е. основы ядерной физики.

Вторым непременным условием, без чего немыслимо развитие радиационной гигиены, является знание механизмов и закономерностей биологического действия ионизирующей радиации, т.е. основ радиобиологии.

Наконец, необходимо иметь полное и всестороннее представление о санитарно-гигиенических условиях любых контактов человека с источниками ионизирующей радиации и радионуклидами.

Следовательно, радиационная гигиена - комплексная, сложная наука, базирующаяся на ряде фундаментальных дисциплин. Однако глубоко освоить всю сумму знаний по этим дисциплинам врачу-гигиенисту невозможно, поэтому возникла необходимость их объединения для решения вопросов, входящих в компетенцию радиационной гигиены. В настоящее время во всех научных институтах радиационной гигиены, центрах санэпиднадзора вместе с гигиенистами работают физики, радиохимики и радиобиологи. Их тесное содружество в разработке вопросов защиты является ярко выраженной закономерностью, обусловленной развитием атомной физики и радиобиологии, прогрессом использования ионизирую-

щего излучения во всех областях деятельности человека, созданием медицинской защиты как комплекса мероприятий, направлен- ных на обеспечение безопасных условий труда при применении радионуклидов и источников ионизирующих излучений, на охрану окружающей среды от радиоактивных загрязнений.

Таким образом, радиационная гигиена - наука, изучающая условия, виды и последствия воздействия ионизирующих излучений на человека и разрабатывающая мероприятия, направленные на охрану его здоровья.

YAmedik.org