• a- частицы представляют собой поток ядер атомов гелия (Не). Вследствие большой ионизирующей способности пробегa-частиц очень мал. В воздухе он составляет не более 10 см, в биоткани (живой клетке ) до 0.1 мм. a- частицы полностью поглощаются листом бумаги и не представляют опасности для человека, за исключением случаев непосредственного контакта с кожей.

• b- частицы - электроны и позитроны, обладают в сотни раз меньшей ионизирующей способностью, чем a-частицы. Вследствие этого они распространяются в воздухе до 10–20 м, в биоткани – на глубину 5–7 мм, в дереве – до 2.5 мм, в алюминии – до 1 мм. Одежда человека почти наполовину ослабляет действие b-частиц. Они практически полностью поглощаются оконными стеклами и любым металлическим экраном толщиной в несколько миллиметров. Но при контакте с кожей они также опасны, как и a-частицы.

• g- излучение представляет собой поток квантов высокочастотного электромагнитного поля, распространяющихся со скоростью света. Оно свободно проникает сквозь одежду, тело человека и через значительные толщи материалов.

Все рассмотренные излучения опасны для организма человека, поэтому необходимо строгое соблюдение установленных норм радиационной безопасности (НРБ – 99) и основных санитарных правил работы с РВ.

Для количественной оценки воздействия на организм человека ионизирующих излучений         РВ введен ряд физических величин.

Активность (А) – отношение числа самопроизвольных распадов атомов за интервал времени к этому интервалу. Единицей измерения активности в системе СИ является Беккерель (Бк).               1 Бк – это активность РВ, соответствующая одному распаду в секунду.

Внесистемная единица активности – Кюри. Кюри – это такое кол-во РВ, в котором происходит 37 млрд распадов атомов за секунду, 1 Ки = 3.7·1010 Бк.

Поглощенная доза излучения (Д) – отношение приращения средней энергии, переданной излучением веществу в элементарном объеме к массе вещества в этом объеме: Д=dW/dm. Системная единица измерения – Грей ( Гр ), внесистемная – рад: 1 рад = 0.01 Гр.

Эквивалентная доза (Н) – поглощенная доза излучения, умноженная на средний коэффициент качества излучения для биологической ткани (Н=Д·К_К). Системная единица измерения – Зиверт; внесистемная – бэр; 1 бэр = 0.0136 Зиверта (для b- иg- излучения К_к=1; для a-изл.          К_к=20 и т.п.).

Эффективная эквивалентная доза – сумма средних эквивалентных доз в различных органах; она учитывает разную чувствительность к ионизирующим излучениям тканей организма.

Для характеристики потенциальной опасности излучения используется понятие «мощность дозы излучения»: поглощенная – Гр/с; рад/ч – эквивалентная – Зв/с; бэр/ч.

Степень загрязнения РВ местности и различных объектов на ней характеризуется поверхностной активностью (плотностью загрязнения), т. е. кол-вом РВ, приходящимся на единицу поверхности (Бк/м² или Ки/км²). Степень загрязнения РВ продуктов питания и воды характеризуют объемной, или удельной, активностью (концентрацией РВ), т. е. количеством РВ в единице объема или веса (Бк/м³, Бк/кг или Ки/л, Ки/кг).

Радиационная безопасность – комплекс мероприятий (административных, технических, санитарно-гигиенических и др.), ограничивающих облучение населения и окружающей среды до наиболее низких значений, достигаемых средствами, приемлемыми для общества.

Основными принципами радиационной безопасности являются:

-         непревышение установленного дозового предела;

-         исключение всякого необоснованного облучения;

-         снижение дозы до возможно низкого предела.

В зависимости от степени контакта с источниками ионизирующих излучений и чувствительности организма, установлены 3 категории облучаемых лиц.

КАТЕГОРИЯ А – профессиональные работники, постоянно или временно работающие с источниками ионизирующих излучений (ИИ).

КАТЕГОРИЯ Б – лица, находящиеся по условиям работы в сфере воздействия источников ионизирующего излучения.

КАТЕГОРИЯ В – население.

Если радионуклид попал внутрь организма (с воздухом, водой или пищей), то вся энергия     a-частиц будет израсходована на небольшом отрезке, причем встретившиеся на их пути молекулы будут разрушены (превратятся в ионы или нейтральные химически очень активные частицы, свободные радикалы). Свободные радикалы вступают в новые химические реакции с молекулами, составляющими организм. Эти реакции носят цепной характер. В результате в организме накапливаются заметные количества чужеродных, часто сильно ядовитых веществ. Конечно, прохождение через организм одной или даже десяти a-частиц вреда не принесет – слишком мало число образовавшихся при этом свободных радикалов и ионов. Но если число попавших в организм ядер         a-радионуклида велико, может наступить его серьезное поражение – лучевая болезнь.

Большое значение имеет и то, что при прохождении a-частиц через клетки организма в них могут происходить нежелательные нарушения (мутации) наследственных структур. Эти нарушения могут стать причиной онкологических и наследственных заболеваний.

g-лучи обладают намного более высокой проникающей способностью. Они проходят через ткани тела на значительно большие расстояния, чем a- или b-частицы. Поэтому, если g-излучатель находится внутри организма, испускаемое им g-излучение поглощается в организме обычно только частично (производя в нем при поглощении те же разрушения, что и a- илиb-излучение). Частично же g-излучение покидает организм. Разумеется, эта его часть вредного воздействия на организм не оказывает. Вред от g-излучения в большой степени может проявиться при внешнем облучении, даже тогда, когда источник g-излучения расположен от организма на большом расстоянии и находится, например, за бетонной стеной.

Рассмотрим кратко, каковы например, причины загрязнения радионуклидами окружающей среды даже при нормальной (безаварийной) работе предприятий ЯТЦ. Сначала из недр Земли извлекают урановую руду. Затем ее дробят. Используемые в настоящее время урановые руды часто содержат менее 0,5% урана. Добиться полного извлечения урана из таких бедных руд нельзя.              В результате на поверхности Земли возникают огромные отвалы переработанных руд, так называемые хвосты. Для работы ядерного реактора мощностью в 1 ГВт в течение года требуется переработать столько руды, что объем образовавшихся хвостов превышает 3·105 м³. По имеющимся данным, общий объем урановых хвостов в США уже превышает 0,14 км³!

Для окружающей среды плохо не только то, что уран при этом оказывается на поверхности Земли, и становится возможным воздействие его излучения на человека, но и усиливается переход опасного дочернего ²²²Rn в атмосферу. При ветровой эрозии уран попадает в виде аэрозолей в воздух, вымывается дождями (особенно сильно современными кислотными) и попадает на те участки поверхности, где его раньше не было. К тому же в хвостах после извлечения урана оказывается большая часть дочерних продуктов распада урана – серьезных загрязнителей окружающей среды.

Даже при нормальной (штатной) работе ядерных реакторов в атмосферу постоянно поступает радионуклид ⁸⁵Kr (Т_1/2 = 10,72 года). Криптон – инертный газ, его трудно удалить, связав в какое-либо химическое соединение, и образующийся ⁸⁵Kr смешивается с атмосферным воздухом. Кроме ⁸⁵Kr при штатной работе реактора в окружающую среду попадают тритий ³H, радиоактивный йод ¹³¹I и некоторые другие радионуклиды.

Распространению техногенных радионуклидов по поверхности Земли способствует и отсутствие стопроцентно надежных способов захоронения радиоактивных отходов, образующихся на предприятиях ЯТЦ. Хотя высокорадиоактивные отходы и переводят для безопасного хранения в удобные формы, например, смешивая с цементом с образованием твердого бетона, полностью предотвратить переход радионуклидов из этих материалов в окружающую среду не удается.

К особенно тяжелым последствиям, с точки зрения распространения техногенных радионуклидов по поверхности Земли, приводят аварии, которые происходили на ядерных реакторах (например, авария в Уиндскейле – Великобритания, 1957 год, авария на Трехмильном острове в США, 1979 год, и особенно авария на Чернобыльской АЭС в СССР в 1986 году), или аварии в местах хранения радиоактивных отходов (Кыштым, СССР, 1957 год).

В результате Чернобыльской аварии, которая имела характер глобальной катастрофы, большие площади Украины, Белоруссии и России (главным образом в Брянской области) оказались сильно загрязненными радионуклидами. Всего в атмосферу тогда попало около 300 различных радионуклидов, в том числе ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs, ¹³¹I, ⁹⁵Zr, ¹⁴⁰Ba. След от аварии протянулся от Финляндии и Швеции до Грузии и Турции. Какова сейчас ситуация с радионуклидами, попавшими в окружающую среду в результате этой аварии?

Для решения этой задачи используют инструментальные методы современной аналитической химии, основанные на измерении различных физических свойств определяемых веществ или продуктов их химических превращений (аналитических реакций) с помощью физических и физико-химических приборов. Результат измерения, несущий химико-аналитическую информацию, часто называют аналитическим сигналом.

Спектроскопические методы анализа основаны на использовании взаимодействия атомов или молекул определяемых веществ с электромагнитным излучением широкого диапазона энергий.

Ценную информацию в анализе вод предоставляют электрохимические методы анализа: потенциометрия, полярографические и кулонометрические методы.

Исключительно мощное средство контроля загрязнения различных объектов окружающей среды – хроматографические методы, позволяющие анализировать сложные смеси компонентов. Важное значение приобрели тонкослойная, газожидкостная и высокоэффективная жидкостная и ионная хроматография. Так определяют пестициды, полихлорированные бифенилы, диоксины, нитрозоамины и другие токсичные вещества. Ионная хроматография удобна при анализе катионного и анионного составов вод.

Химическая информация о качестве окружающей среды очень важна. Однако даже все аналитические методы не в состоянии охватить функциональное разнообразие загрязняющих веществ. Не дают они и прямой информации об их биологической опасности. Это задача биологических методов. Результаты наблюдений за изменениями состояния биосферы используют для оценок и прогноза. Эта грандиозная и одна из серьезнейших проблем предопределяет высокую требовательность к правильности результатов химико-аналитического исследования природной среды.

Биологические методы контроля воздействия - это характеристика состояния экосистемы по растительному и животному населению.

Биоиндикация – оценка качества среды обитания и ее отдельных характеристик по состоянию ее биоты в природных условиях. Для учета изменения среды под действием антропогенного фактора составляются списки индикаторных организмов.

Биоиндикатор – группа особей одного вида или сообщества, по наличию или по состоянию которых, а также по их поведению судят о естественных и антропогенных изменениях в среде.

Биоиндикационные методы оценки состояния окружающей среды являются перспективным направлением прикладных экологических исследований. Эти методы позволяют проводить интегральную оценку «здоровья среды», под которым в самом общем смысле понимается состояние (качество) среды, необходимое для обеспечения здоровья человека и других видов живых существ.

При сбросе в водоем токсических веществ, содержащихся в промышленных сточных водах, происходит угнетение и обеднение фитопланктона.

При обогащении водоемов биогенными веществами, содержащимися, например, в бытовых стоках, значительно повышается продуктивность фитопланктона.

При перегрузке водоемов биогенами возникает бурное развитие планктонных водорослей, окрашивающих воду в зеленый, сине-зеленый, золотистый, бурый или красный цвет («цветение» воды).

Наиболее достоверными индикаторами среди них являются легочные моллюски, особенно катушки и речные чашечки. Положительные результаты дает также оценка качества воды по личинкам насекомых. Свободно живущие личинки ручейников, а также поденок являются наиболее чувствительными организмами.

Лучший индикатор опасных загрязнений – прибрежное обрастание, располагающееся на поверхностных предметах у кромки воды. В чистых водоемах эти обрастания ярко-зеленого цвета или имеют буроватый оттенок (табл. 3).

Биотестирование – оценка в лабораторных условиях качества объектов окружающей среды с использованием живых организмов.

Ответным сигналом простейших на изменение химического состава среды является раздражение, приводящее к каким-либо изменениям других биохимических и физиологических функций организма.

Наиболее изученными, с точки зрения использования в аналитических целях, являются инфузории. C их помощью возможно определение ионов тяжелых металлов, однако они непригодны для обнаружения и определения анионов. Поведенческие реакции, скорость размножения инфузо-рий используют для определения указанных выше веществ. Водных беспозвоночных - ракообразных (чаще всего ветвистоусых рачков, дафний) широко применяют для оценки санитарно-гигиенического состояния вод. Наблюдения под микроскопом формы и скорости движения червей, например нематод, пиявок и коловраток, фиксирование продолжительности их жизни позволяют определять микроколичества ионов металлов.

В 2003 г. в системе государственного мониторинга состояния недр МПР России осуществлялись наблюдения за состоянием ресурсов подземных вод и их использованием (6800 пунктов наблюдений государственной опорной сети), развитием опасных экзогенных геологических процессов (1150 пунктов наблюдений).

Государственная наблюдательная сеть за загрязнением окружающей среды Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды имеет следующий количественный состав (по состоянию на 1 января 2003 г.).

Наблюдения за загрязнением атмосферы проводятся регулярно в 229 городах и населенных пунктах Российской Федерации на 623 стационарных постах Росгидромета. В большинстве городов измеряются концентрации от 5 до 25 веществ.

Наблюдения за загрязнением поверхностных вод суши по гидробиологическим показателям производятся в 6 гидрографических районах на 133 водных объектах по 323 створам. Программа наблюдений включает от 2 до 6 показателей.

Наблюдения за загрязнением морской среды по гидрохимическим показателям проводятся на 160 станциях в прибрежных районах 8 морей, омывающих территорию Российской Федерации.    В отобранных пробах определяются до 24-х ингредиентов.

Сеть станций наблюдения трансграничного переноса веществ ориентирована на западную границу Российской Федерации. На 4-х станциях наблюдений производится отбор и анализ атмосферных аэрозолей, газов (диоксидов азота и серы) и атмосферных осадков. Пунктами сети наблюдений за загрязнением почв являются сельскохозяйственные угодья (поля), лесные массивы зон отдыха и прибрежных зон. Отбор почв на содержание пестицидов 21 наименования выполнен в хозяйствах 190 районов. Отбор проб на содержание до 24-х ингредиентов промышленного происхождения проводился в районах 41 города. Наблюдениями за загрязнением поверхностных вод суши по гидрохимическим показателям охвачены 1182 водных объекта, на которых находится 1810 пунктов (2482 створа). В 2003 г. отбор проб по физическим и химическим показателям с одновременным определением гидрологических показателей проводился на 1716 пунктах           (2390 створов). Посты наблюдения организованы: вокруг крупных промышленных предприятий, где отмечаются серьезные повреждения лесов на больших площадях; в ценных лесах, отнесенных к памятникам природы; в районах ввода в действие новых крупных промышленных предприятий, выбросы которых в ближайшее время могут привести к ослаблению и повреждению лесонасаждений. Наблюдения проводятся на постоянных пробных площадях.

Сеть станций, осуществляющих наблюдения за химическим составом и кислотностью осадков, состоит из 123 станций федерального уровня, отбирающих на химический анализ суммарные пробы, и 131 пункта, на которых в оперативном порядке измеряется только величина рН.

Система контроля загрязнения снежного покрова на территории России осуществляется на 536 пунктах. В пробах определяются ионы сульфата, нитрата аммония, значения рН, а также бензапирен, тяжелые металлы.

Система фонового мониторинга ориентирована на получение информации о состоянии природной среды на территории Российской Федерации, на основании которой проводятся оценки и прогноз изменения этого состояния под влиянием антропогенных факторов. На территории России находятся 5 станций комплексного фонового мониторинга (СКФМ), которые расположены в биосферных заповедниках: Воронежском, Приокско-Террасном, Астраханском, Кавказском, Алтайском.

Наблюдения за радиационной обстановкой окружающей среды на стационарной сети осуществляются на 1312 пунктах. Гамма-спектрометрический и радиохимический анализ проб объектов окружающей природной среды проводится в специализированных радиометрических лабораториях и группах РМЛ и РМГ.