Радиация вокруг нас

16 December 2016, 11:45 MSK
Радиация не имеет цвета, она не пахнет и не издаёт звуков, её не попробуешь на вкус. Именно поэтому она так опасна: человек без специальных приборов не может определить уровень радиационного фона, а радиация может причинить серьёзный вред здоровью или стать причиной летального исхода. При этом вокруг радиации очень много мифов и городских легенд. В этой заметке я хотел бы провести небольшой ликбез на данную тему и рассказать о нескольких своих экспериментах.

Немного теории: что такое радиация

Я постараюсь рассказать максимально незанудно и упрощённо (да простят меня физики).
По-простому радиация — это некоторое вредное (ионизирующее) излучение, которое, проходя через клетки живых организмов, способно их портить (неправильно изменяя их состав).
Что такое излучение, и почему оно бывает вредным? Обычно под излучением понимают некий поток энергии — электромагнитных волн или элементарных частиц. Волна — это что-то неосязаемое (например, свет или радиосигнал), а частица — это то, что имеет какую-то массу (например, нейтрон — элементарная частица, входящая в состав ядер атомов), но руками их потрогать всё равно не выйдет — слишком уж маленькие, меньше атомов.
Электромагнитные волны условно можно поделить на следующие категории:
  • радиоволны — на их основе работает практически вся наша связь;
  • инфракрасное излучение;
  • видимый свет — это волны, которые мы видим нашими глазами;
  • ультрафиолетовое излучение;
  • рентгеновское излучение — на его основе работает рентген (спасибо, кэп!);
  • жёсткое излучение (или гамма-излучение).
Радиация преимущественно состоит из потока частиц (альфа, бета, нейтронов и других — как правило, поток частиц всегда будет ионизирующим) и/или потока рентгеновских и гамма волн (эти две категории относятся к ионизирующему излучению).
Откуда берётся радиация?
Как правило, основные источники радиации следующие:
  • радиоактивный распад — некоторые вещества не являются стабильными, и их атомы самопроизвольно распадаются с течением времени, побочным эффектом является радиоактивное излучение;
  • ядерные реакции — обычно протекают в реакторах атомных станций или же во время ядерного взрыва, очень редко в природе;
  • космос — космические и солнечные лучи (солнце — природный термоядерный реактор).
Как и в чём измеряется уровень радиации?
Для того, чтобы измерить уровень радиации, необходимо иметь специальный прибор — дозиметр. Уровень радиации измеряется в разных величинах в зависимости от целей измерения, но, поскольку я рассматриваю радиацию с точки зрения её воздействия на человека, то я буду использовать зиверты (Зв) — единицы измерения эффективной дозы радиации, которая условно отражает полученный организмом вред. Очень условно можно считать, что 1 зиверт равен 100 рентгенам.
Какой уровень радиации опасен для здоровья?
При сильном или длительном облучении организма наступает хроническая лучевая болезнь, при очень сильном — острая лучевая болезнь. Как правило, дозы свыше 1 Зв считаются смертельно опасными. В случае неоказания медицинской помощи дозы порядка 3-5 Зв приводят к смерти в течении нескольких месяцев в половине случае. Дозы свыше 10 Зв абсолютно смертельны и приводят к неминуемой смерти в течение нескольких суток. Доза в 120 Зв или выше убивает человека сразу.

Откуда берётся естественный радиационный фон

Существует такое понятие как естественный радиационный фон — это небольшой уровень радиации, существующий на нашей планете, от которого никуда не деться. Среднемировой дозой облучения от естественных источников считается 2.4 мЗв в год (с разбросом от 1 до 10 мЗв).
То есть, в среднем, от естественных источников каждый год дозу в 2.4 мЗв получает каждый человек, кто-то больше, кто-то меньше, но в среднем — столько. Напомню, 1 миллизиверт меньше 1 зиверта в тысячу раз.
Основными составляющими естественного фона являются:
  • от 0.3 до 1 мЗв (в среднем, 0.4) от космических и солнечных лучей (значение увеличивается с ростом высоты над уровнем моря, т.к. слабеет магнитное поле Земли, которое нас защищает);
  • от 0.3 до 0.6 мЗв (в среднем, 0.5) от радионуклидов (радиоактивных веществ) в природе (почве, стройматериалах и т.д.);
  • от 0.2 до 0.8 мЗв (в среднем, 0.3) от радионуклидов, попадающих в организм с пищей и водой;
  • от 0.2 до 10 мЗв (в среднем, 1.2) от радона (радиоактивный газ) в атмосфере.

Эксперименты и развенчивание мифов

Внимание! Согласно статьям 220 и 221 УК РФ незаконный оборот радиоактивных веществ в России запрещён и карается ограничением или лишением свободы на несколько лет. Не пытайтесь проводить любые эксперименты с радиоактивными веществами, если у вас нет на это соответствующего разрешения, — это уголовное преступление. Также следует помнить, что контакт с радиоактивными веществами может нанести непоправимый тяжкий вред вашему здоровью или здоровью окружающих вас людей и даже привести к летальному исходу. Данная статья не является призывом к чему-либо, а её автор не несёт ответственности за любые ваши действия.
Не так давно я купил высокоточный дозиметр Радиаскан-701 и захотел измерить уровень радиации в разных бытовых случаях. Вообще, дозиметр — вещь крайне полезная, особенно, для жителей Санкт-Петербурга (в 35 км от города расположена ЛАЭС, и строится ЛАЭС-2), хотя Радиаскан довольно дорогой — 15 500 ₽ (~250$, цена актуальна на декабрь 2016 года).
И так, первым делом любой человек, купивший дозиметр, замеряет фон в своей квартире. Для человека безопасным считается уровень в 0.30 мкЗв в час (1 микрозиверт меньше 1 зиверта в миллион раз), нормой в жилых помещениях — 0.20 мкЗв/ч. У меня в квартире получилось 0.13 мкЗв/ч — неплохо (меньше 0.10 бывает очень редко):
радиаскан
Разумеется, я не мог не взять Радиаскан на борт самолёта. Часто можно услышать, что во время полёта на большой высоте человек получает некоторую дозу радиации. Я очень люблю летать, и, как истинному радиофилу, мне было интересно, насколько получаемая доза превышает естественный радиационный фон и допустимую норму на поверхности Земли. Измерения были проведены во время перелёта из Санкт-Петербурга в Вену на высоте 11 километров. Вот фотография показаний с Радиаскана:
радиация в самолёте
А вот здесь результаты получились не самые радостные. 2.5 мкЗв/ч превышают безопасную норму в 8 раз! Согласно данным статистики, излучение на такой высоте бывает даже до 5 мкЗв/ч. Так происходит, потому что на высоте 11 км магнитное поле Земли гораздо слабее, а атмосфера сильно разрежена, поэтому наша планета уже не может настолько эффективно защищать нас от солнечной радиации, как на своей поверхности. Кстати, солнечная радиация в космосе — одна из главных проблем отправки людей на Марс и долгих пилотируемых космических полётов в целом, ведь во время сильной солнечной активности без соответствующей эффективной защиты (которую ещё не придумали) космонавты могут получить гигантскую дозу (особенно во время солнечных вспышек).
Последние несколько лет в аэропортах ставят новомодные рентгеновские сканеры на предполётном контроле безопасности. Производители утверждают, что такие сканеры безопасны. Например, на сайте аэропорта Пулково написано, что доза облучения за один раз составляет всего 0.1 мкЗв (равносильна нескольким минутам полёта).
Кстати, весьма забавный факт на отвлечённую тему: вроде бы самолёт имеет герметичный корпус, тем не менее, давление в салоне на высоте 11 км находится в районе 580 мм ртутного столба, в то время как нормальное атмосферное давление равно 760 мм рт. ст.
давление в самолёте
Отдельно хотелось бы отметить, что рентгеновское излучение активно используется в медицинских исследованиях. Дозы облучения здесь на порядки выше, чем в аэропортовских сканерах. Например, флюорография на классическом аппарате подарит вам дозу в 800 мкЗв, а рентген зуба — в 300 мкЗв. Так что их лучше делать пореже (флюорографию нельзя делать чаще раза в год, а рентген зубов опасен сопутствующим облучением мозга). Самая лютая штука — компьютерная томография (КТ), доза от которой составляет до 15000 мкЗв — это очень много. А вот магнитно-резонансная томография (МРТ) с этой точки зрения безопасна — в ней вообще не используется рентген.
Ещё один эксперимент связан с набирающими популярность игрушками — тритиевыми брелками. Их полным полно на китайских сайтах вроде Алиэкспресса. По заявлению производителей, такие брелки должны светиться без подзарядки очень много лет и при этом совершенно не опасны. Принцип их действия основан на том, что внутри находится тритий (сверхтяжёлый водород), который нестабилен и испытывает бета-распад. При бета-распаде трития испускается электрон, который попадает на люминофор и заставляет его светиться. При этом вылетающие электроны должны полностью гаситься стеклом оболочки. Период полураспада трития составляет примерно 12 лет (т.е. свечения должно хватить минимум на этот срок). Тем не менее, я решил проверить это на практике и заказал себе из Китая такой брелок за 2000 руб. (~32$, цена актуальна на декабрь 2016 года). Светится он довольно тускло, что-то подсветить в темноте нереально.
тритиевый брелок
Прикладываем к нему Радиаскан и видим следующее:
излучение от тритиевого брелка
Уровень излучения превышает допустимую норму в 4 раза. Конечно, такой брелок не убьёт, его бета-излучение угасает на расстоянии примерно в 6 см от брелка, но носить его в кармане брюк я не советую. Кстати, Алиэкспресс после предоставления видео с брелком и измерением уровня его радиации вернул назад полную стоимость товара.
Весьма интересный эксперимент я решил провести с гранитом. Наверное, почти каждый житель Петербурга когда-то слышал, что живописные гранитные набережные имеют повышенный радиационный фон. Не будем верить слухам и измерим.
Воскресенская набережная
Вот показания Радиаскана:
радиация на набережной
Действительно, фон на набережной немного выше естественного (если немного отойти в сторону, получится где-то 0.14 мкЗв/ч), но при этом остаётся в пределах нормы. Значит, при строительстве города использовали хороший гранит. :) А вот если попытаться Радиасканом измерить радиацию в метро, то ничего не выйдет. В основном, в метро на радиационный фон влияет тот же гранит на станциях, а также повышенное содержание радона в воздухе.
Радон — это радиоактивный инертный газ, находящийся в природе и являющийся частью атмосферы Земли. Попадает в воздух из-под земли через мелкие трещины в результате процессов в ядре планеты. Для некоторых регионов, включая Санкт-Петербург и Ленинградскую область, радон — отдельная проблема, потому что здесь отмечается его повышенное содержание. Но детально про радон я расскажу в другой статье.