Радіація та космос, що потрібно знати
Ви все ще впевнені, що основним джерелом радіаційного опромінення є атомні електростанції?
Тоді ця серія статей для Вас… Ми розповімо про природні джерела іонізуючого опромінення, використання радіації в медицині та інші цікаві речі.
Джерела іонізуючого випромінювання умовно поділяють на дві групи - природні та штучні. Природні джерела існували завжди, а штучні людська цивілізація створила в 19 столітті. Це легко пояснити з прикладу двох великих учених, які пов'язані з відкриттям радіації. Антуан Анрі Беккерель відкрив іонізуюче випромінювання урану (природне джерело), а Вільгельм Конрад Рентген відкрив іонізуюче випромінювання при гальмуванні електронів, які прискорювалися у спеціально створеному приладі (рентгенівська трубка як штучне джерело). Проаналізуємо у процентному та цифровому еквіваленті, які дози опромінення (кількісна характеристика впливу іонізуючого випромінювання на організм людини) пересічний громадянин України отримує протягом року від різних штучних та природних джерел (рис.1).
Мал. 1. Структура та середньозважені величини ефективної дози опромінення населення України на рік
Як бачимо, основну частину опромінення ми одержуємо від природних джерел радіації. Але чи ці природні джерела залишилися такими ж, якими були на ранніх етапах цивілізації? Якщо так, можна не турбуватися, адже ми давно пристосувалися до такого опромінення. Але, на жаль, це негаразд. Діяльність людини призводить до того, що природні радіоактивні джерела концентрують та збільшують можливість їхнього впливу на людину.
Одним із такихмісць, де зростає можливість впливу радіації на людину, є космічний простір. Інтенсивність радіаційного опромінення залежить від висоти над рівнем моря. Таким чином, космонавти, пілоти та пасажири повітряного транспорту, а також населення, що мешкає в горах, отримують додаткову дозу опромінення. Спробуємо дізнатися, наскільки це є небезпечним для людини, і які «радіаційні» секрети приховує космос.
Радіація у космосі: яка небезпека для космонавтів?
Все почалося з того, що американський фізик та астрофізик Джеймс Альфред Ван Аллен вирішив закріпити на першому супутнику, який запустили на орбіту, лічильник Гейгера-Мюллера. Показники цього приладу офіційно підтвердили існування навколо земної кулі пояса інтенсивної радіації. Але де вона з'явилася в космосі? Відомо, що радіоактивність у космосі існує дуже давно, навіть ще до виникнення Землі, таким чином, космічний простір постійно наповнювався та наповнюється радіацією. Після проведених досліджень вчені дійшли висновку, що радіація в космосі виникає або від сонця, під час спалахів, або від космічних променів, що виникають внаслідок високоенергетичних подій у нашій та інших галактиках.
Було встановлено, що радіаційні пояси починаються з 800 км над поверхнею Землі і тягнуться до позначки 24000 км. За класифікацією Міжнародної федерації аеронавтики політ вважається космічним, якщо його висота перевищує 100 км. Відповідно, найбільш уразливими щодо отримання великої дози космічного опромінення є космонавти. Чим вище вони піднімаються у відкритий космос, тим ближче вони до радіаційних поясів, отже, тим більшим є ризик отримання значної кількості радіації. Науковий керівник програми НаціональногоУправління з аеронавтики та дослідження космічного простору США (НАСА) щодо дослідження впливу радіації на людину, Френсіс Кучинотта якось зауважив, що найбільш неприємним наслідком від космічного опромінення при тривалих польотах космонавтів є розвиток катаракти, тобто помутніння кришталика ока. Більше того, існує небезпека захворювання на рак. Але Кучинотта також зазначив, що після польоту немає якихось надзвичайно страшних наслідків у космонавтів. Він лише підкреслив, що багато ще невідомо про те, як впливає космічна радіація на космонавтів та які реальні наслідки цього впливу.
Питання захисту космонавтів від радіації в космосі завжди було серед пріоритетних. Ще в 60-х роках минулого століття вчені розводили руками і не знали, як захистити космонавтів від космічної радіації, особливо за необхідності виходу у відкритий космос. У 1966 році радянський космонавт таки зважився вийти у відкритий космос, але у дуже важкому свинцевому костюмі. Згодом технічний прогрес зрушив вирішення проблеми з мертвої точки, і були створені легші та безпечніші костюми.
Освоєння космічних просторів завжди вабило вчених, дослідників та космонавтів. Секрети нових планет можуть стати в нагоді для подальшого розвитку людства на планеті Земля, але також можуть бути і небезпечними. Саме тому політ Curiosity на Марс мав велике значення. Але не відходитимемо від основного фокусу статті та зосередимося на результатах радіаційного опромінення, зафіксованого відповідним приладом на борту марсоходу. Цей прилад знаходився всередині космічного корабля, тому його показники свідчать про реальну дозу, яку може отримати космонавт вже в пілотованому кораблі. Вчені, які опрацьовували результативимірювань, повідомили невтішні дані: еквівалентна доза опромінення була в 4 рази більша від тієї, що гранично допустима для працівників атомних станцій. В Україні межа дози опромінення для тих, хто постійно або тимчасово працює безпосередньо із джерелами іонізуючих випромінювань 20 мЗв.
Для вивчення найвіддаленіших куточків космосу необхідно проводити місії, які можуть технічно здійснюватися з використанням традиційних джерел енергії. Це питання було вирішено шляхом використання ядерних джерел енергії, а саме ізотопних батарей і реакторів. Ці джерела є унікальними у своєму роді, оскільки мають високий енергетичний потенціал, що значно розширює можливості місій у космічному просторі. Наприклад, стали можливими польоти зондів до зовнішніх меж Сонячної системи. Оскільки тривалість таких польотів досить велика, панелі сонячних батарей не придатні як джерело енергоживлення для космічних апаратів.
Зворотною стороною медалі є потенційні ризики, пов'язані із використанням радіоактивних джерел у космосі. Здебільшого це небезпека непередбачених чи аварійних обставин. Саме тому держави, які запускають космічні об'єкти з ядерними джерелами енергії на борту, докладають максимальних зусиль для захисту окремих осіб, населення та біосфери від радіологічних небезпек. Такі умови були визначені в принципах використання ядерних джерел енергії в космічному просторі і були прийняті в 1992 році резолюцією Генеральної Асамблеї Організації Об'єднаних Націй (ООН). У цих принципах також визначено, що будь-яка держава, яка запускає космічний об'єкт з ядерними джерелами енергії на борту, повинна своєчасно інформуватизацікавлені країни, якщо на космічному об'єкті виникає несправність і виникає небезпека повернення радіоактивних матеріалів на Землю.
Також Організація Об'єднаних Націй спільно з Міжнародним агентством з атомної енергії (МАГАТЕ) розробила рамки забезпечення безпечного використання ядерних джерел енергії у космічному просторі. Вони мають доповнити норми МАГАТЕ з безпеки керівництвом високого рівня, що враховує додаткові заходи безпеки при використанні ядерних джерел енергії на космічних об'єктах протягом усіх етапів місій: запуску, експлуатації та виведення з експлуатації.
Чи потрібно боятися радіації під час використання повітряного транспорту?
Космічні промені, що несуть радіацію, потрапляють практично в усі куточки нашої планети, проте поширення радіації проходить не пропорційно. Магнітне поле Землі відхиляє значну кількість заряджених частинок від екваторіальної зони, тим самим зосереджує більше радіації на Північному та Південному полюсах. Більше того, як зазначалося, космічне опромінення залежить від висоти. Ті, хто проживає на рівні моря, отримують від космічної радіації на рік приблизно 0,003 мЗв, а ті, хто проживає на рівні 2 км, можуть отримати вдвічі більше радіації.
Як відомо, при крейсерській швидкості для пасажирських авіалайнерів у 900 км/год, з урахуванням співвідношення опору повітря та підйомної сили оптимальна висота при перельоті для літака зазвичай становить приблизно 9-10 км. Отже, при підйомі авіалайнера до такої висоти рівень опромінення може зрости практично в 25 разів від того, яким він був на позначці 2 км.
Пасажири, що здійснюють трансатлантичні польоти, піддаються найбільшому опроміненню за один рейс. При перельоті зі США вЄвропу людина може отримати додаткових 0,05 мЗв. Справа в тому, що земна атмосфера має відповідний екрануючий захист від космічного опромінення, але при піднятті авіалайнера на вищезазначену оптимальну висоту цей захист частково зникає, що призводить до отримання додаткового опромінення. Саме тому часті перельоти через океан підвищують ризик одержання організмом підвищеної дози радіації. Наприклад, 4 подібні перельоти може коштувати людині отримання дози в 0,4 мЗв.
Міжнародне агентство з атомної енергії виявляє значний інтерес до цього питання. МАГАТЕ розробило низку норм безпеки, і проблема опромінення екіпажів повітряних суден також знайшла своє відображення в одному з таких документів. Відповідно до рекомендацій Агентства, відповідальним за встановлення референтного рівня дози опромінення екіпажів повітряних суден є національний регулюючий орган або інший відповідний та компетентний орган. У разі перевищення цієї дози роботодавці екіпажу повітряного судна повинні провести відповідні заходи щодо оцінки доз та їх реєстрацію. Більше того, вони повинні проінформувати жінок — членів екіпажів повітряних суден — про ризик, пов'язаний з впливом космічного випромінювання, для ембріона або плода і про необхідність раннього сповіщення про вагітність.
Чи можна розглядати космос як місце для захоронення радіоактивних відходів?
Ми вже переконалися, що космічне опромінення, хоч і не несе катастрофічних наслідків для людства, але підвищити рівень опромінення людини може. Оцінюючи вплив космічних променів на людину, багато вчених також вивчають можливість використання космічного простору для потреб людства. У контексті цієї статті дуже неоднозначно та цікаво виглядає ідея поховання радіоактивнихвідходів у космосі.
Справа в тому, що вчені країн, де активно використовують атомну енергетику, перебувають у постійному пошуку місць безпечної локалізації радіоактивних відходів, які постійно накопичуються. Космічний простір теж розглядався деякими вченими як одне з потенційних місць розміщення небезпечних відходів. Наприклад, фахівці Державного конструкторського бюро «Південне», яке розташоване у Дніпропетровську, спільно з Міжнародною академією астронавтики вивчають технічні складові реалізації ідеї захоронення відходів у далекому космосі.
З одного боку, відправка подібних відходів у космос дуже зручна, тому що може здійснюватися у будь-який час та в необмеженій кількості, що знімає питання про майбутнє цих відходів у нашій екосистемі. Більше того, як зазначають фахівці, такі польоти не потребують великої точності. Але з іншого боку, даний метод має слабкі сторони. Основною проблемою є забезпечення безпеки для біосфери Землі всіх етапах запуску ракетоносія. Імовірність аварії при запуску досить висока, і оцінюється майже 2-3 %. Пожежа або вибух ракетоносія на старті, у польоті або його падіння може спричинити значне розсіювання небезпечних радіоактивних відходів. Саме тому при вивченні цього методу основна увага має бути прикута саме до питання безпеки за будь-яких аварійних ситуацій.
Ольга Макаровська, заступник Голови Держатомрегулювання України; Дмитро Чумак, провідний інженер сектору інформаційного забезпечення Інформаційно-технічного відділу ДНТЦ ЯРБ, 10/03/2014