Чим небезпечна радіація у космосі та при вибуху на АЕС

26 квітня людство відзначає роковини Чорнобильської катастрофи — найбільшої в історії аварії на ядерній електростанції. Саме вона навчила нас боятися радіації. В космосі також чимало іонізуючого випромінювання, яке загрожує астронавтам. Однак між тим, чого треба боятись у першому й у другому випадках, є суттєва різниця.

Радіація
Радіація

Чи будь-яка радіація смертельна?

У квітні 1986 року Україна пережила найбільшу в історії аварію на ядерній електростанції. Четвертий енергоблок Чорнобильської АЕС завдав нашій державі травму, яка не загоїться ще багато десятиліть. Проте зараз над нашою державою нависла нова небезпека, яка примушує згадати про небезпеку радіації.

Після того, як російські окупанти підірвали греблю Каховської ГЕС і влаштували екологічну катастрофу, багато хто став побоюватися того, що наступною їхньою метою стане Запорізька АЕС. Вона перебуває під їхнім контролем, і загарбники у будь-який момент можуть спробувати влаштувати серйозну аварію.

У зв’язку з цим все більше людей починають згадувати про небезпеку радіації. Однак більшість населення досі не розуміє, чого ж саме треба боятися. Тож варто це питання розібрати докладніше.

Сам по собі термін «радіація» у тому вигляді, в якому його вживають у більшості випадків, абсолютно неправильний. Це латинське слово означає всього лише «випромінювання». У фізиці ним позначають будь-які частинки, що вилітають із певного джерела. У цьому плані світло від Сонця також є радіацією, хоча ніхто зазвичай не вважає його страшним.

Те, чого всі не без причини бояться, правильно називати іонізуючим випромінюванням. До нього належать усі частинки, які мають енергію, вищу за 10 електрон-вольт. Під час зіткнення з речовиною вони здатні руйнувати хімічні зв’язки, перетворюючи молекули на іони, звідки й походить назва.

Типи радіації
Типи радіації. Джерело: Вікіпедія

До іонізуючого випромінювання належать потоки протонів, нейтронів, мюонів, електронів і навіть деяких іонів — наприклад, α-частинок, тобто ядер гелію. А також високоенергетична частина електромагнітного спектра: «жорстке» ультрафіолетове, рентгенівське та гамма-випромінювання. Ці види радіації справді можуть наробити чимало шкоди.

Доза радіації

Утім, з потоками заряджених частинок не все так просто. Енергія, яку несе в собі кожна окрема частинка, не може призвести до якихось фатальних наслідків у такій великій системі, як організм людини. Тут ключове значення має те, яку кількість енергії від іонізуючого випромінювання поглинув об’єм матеріалу за певний час. Цю величину в загальному випадку називають дозою радіації.

Але й вона ще не є вирішальною. Кількість і енергетичний спектр частинок іонізуючого випромінювання змінюється хаотично. До того ж не всю свою енергію вони передають речовині. Тому існує відразу кілька різних доз.

Перша з них — експозиційна. Вона є мірою того, наскільки випромінювання іонізує молекули сухого повітря. Оскільки іони є зарядженими частинками, то сам процес, по суті, є накопиченням заряду. Отже, експозиційна доза визначається як сумарний заряд, якого у результаті опромінення набули іони повітря в одному його кілограмі, й вимірюється у кулонах на кілограм. Хоча набагато частіше можна зустріти зовсім іншу одиницю вимірювання — рентген. Він дорівнює 2,58⋅10⁻⁴ Кл/кг.

Прилад для вимірювання радіаційного фону
Прилад для вимірювання радіаційного фону. Джерело: www.flyability.com

З цією дозою люди стикаються найчастіше. Щоразу, коли у прогнозі погоди нам повідомляють, що радіаційний фон становить якусь кількість мікрорентген на годину, ми дізнаємося саме експозиційну дозу, яку отримує повітря певного регіону за одиницю часу.

Проте тверді тіла, в тому числі й людські, поглинають іонізуюче випромінювання не так, як гази. В них початковий імпульс від потрапляння частинок призводить до запуску низки процесів, які досить непросто врахувати. Тому до них застосовують іншу дозу — поглинену. Вона визначається як кількість енергії, яку випромінювання передало одиниці маси тіла. Основна одиниця вимірювання такої дози — грей, що дорівнює одному джоулю енергії на кілограм маси. Також використовується рад, що складає соту долю грея.

Яка доза безпечна?

Але коли йдеться про вплив радіації на живих істот, використовується третя доза — еквівалентна. Її поява спричинена тим фактом, що різні види іонізуючого випромінювання за тієї самої енергії по-різному впливають на матеріали, якими поглинаються. Чим важча частинка, тим більше шкоди вона спричиняє.

Тому еквівалентна доза визначається як поглинена, помножена на певний коефіцієнт. Для фотонів ультрафіолетового, рентгенівського та γ-випромінювання, а також електронів і мюонів він дорівнює одиниці. Тобто для них ця величина дорівнює поглиненій дозі.

Опік від іонізуючого випромінювання на руці
Опік від іонізуючого випромінювання на руці. Джерело: journal.medizzy.com

Для важчих протонів цей коефіцієнт дорівнює 2, а для α-частинок — взагалі 20. Для нейтронів же він є змінним і варіюється між 2,5 та 20,7. Чисельно ж еквівалентна доза теж вимірюється у джоулях на кілограм, тільки тут ця одиниця називається зівертом. Існує також позасистемна одиниця — бер (біологічний еквівалент рентгена), що дорівнює сотій долі зіверта.

Саме про еквівалентну дозу в зівертах (позначаються Зв) — точніше, у мілізівертах — зазвичай кажуть, коли йдеться про шкоду здоров’ю, яку людина може отримати внаслідок відвідування рентген-кабінету, польотів у космос чи аварії на атомних електростанціях.

Вважається, що кожна людина на Землі в середньому отримує 3 мЗв радіації на рік, хоча деякі люди можуть отримувати значно більше. Ця радіація накопичується впродовж життя. Ймовірно, деякі недуги, що виникають у старості, пов’язані саме з фактом цього природного опромінення, проте ми від нього нікуди не дінемося.

А от прискорити настання цих хвороб унаслідок перебування поруч із джерелами іонізуючого випромінювання цілком можливо. Тому люди, чия діяльність із ними пов’язана, ретельно слідкують за тим, як зростає накопичена ними доза.

Проте бувають і зовсім екстремальні випадки, коли інтенсивність іонізуючого випромінювання стає настільки великою, що може спричинити миттєве враження організму. Тоді говорять про четверту дозу випромінювання — ефективну.

У багатьох випадках навіть радіаційний фон  вимірюють у зівертах на годину
У багатьох випадках навіть радіаційний фон вимірюють у зівертах на годину. Джерело: Вікіпедія

Як і дві попередні, вона вимірюється у зівертах, але визначається окремо для кожного органа людського тіла. Пов’язано це з тим, що при сильному опроміненні виникає величезна кількість іонів, які запускають абсолютно аномальні ланцюжки біохімічних реакцій, і орган якимось унікальним чином починає руйнувати себе сам.

У зовсім критичних випадках спостерігається явище наведеної радіоактивності. Внаслідок дії іонізуючого випромінювання атоми, що поглинули його енергію, самі стають джерелом небезпечного випромінювання. В такому разі майже завжди все закінчується гострою променевою хворобою і швидкою та болісною смертю.

Саме тому визначення безпечної дози радіації для конкретної людини — вкрай непроста справа. Вчені більш-менш розуміють, у яких випадках важкі смертельні хвороби є практично неминучими. А от щодо впливу малих доз досі ведуться дослідження. Вважається, що при накопиченні 1 Зв виникає променева хвороба, 4 Зв вбивають людину швидко та з високою ймовірністю, а від 8 Зв смерть настане гарантовано.

Радіація в космосі

Іонізуюче випромінювання є однією з найголовніших перепон в освоєнні космосу. Воно там усюди. Більшу його частину поглинає атмосфера Землі, завдяки чому з наших 3 мЗв на рік тільки 0,39 мЗв ми отримуємо від космічних променів. А от уже для пілотів пасажирських лайнерів ця величина може сягнути 2,2 мЗв.

Астронавти ж на МКС отримують дозу, у 200 разів більшу за людей на Землі — 0,5-0,7 Зв на добу. Кілька років, проведених на орбіті — і в організмі накопичується той самий 1 Зв, після якого лікарі починають бачити ознаки променевої хвороби.

Сонце — головне джерело радіації в космосі
Сонце — головне джерело радіації в космосі. Джерело: www.wired.com

І все це — в умовах відносно безпечної у плані іонізуючого випромінювання ділянки Всесвіту. У ньому є значно небезпечніші місця — наприклад, радіаційні пояси планет-гігантів, околиці нейтронних зір і чорних дір. Там інтенсивність випромінювання настільки велика, що всього за кілька секунд можна отримати смертельну дозу.

Особливістю радіації у космосі є те, що високоенергетичних частинок у вакуумі завжди багато, й вони представлені всіма видами — від фотонів до ядер гелію й навіть більш важких елементів. Джерела їхнього випромінювання переважно розташовані дуже далеко, хоча їх теж надзвичайно багато. Найближче з них — Сонце.

Для астронавтів на навколоземній орбіті наше світило становить найбільшу небезпеку. Адже на ньому відбуваються вибухи, що часто «запускають» у бік нашої планети не лише електромагнітні хвилі, а й ті самі α-частинки, які за підрахунку еквівалентної дози мають коефіцієнт 20. На щастя, більшість із них добре поглинаються корпусами космічних кораблів і орбітальних станцій.

А от високоенергетичне електромагнітне випромінювання затримати дуже важко. Як ця проблема буде вирішена у майбутньому — поки незрозуміло. Можливо, вдасться винайти ефективні засоби його екранування, а можливо, нам допоможуть ліки, які запобігатимуть розвиткові променевої хвороби, чи сама ДНК людей буде змінена таким чином, щоб вони могли жити у космічному просторі.

Що станеться під час аварії на АЕС

На перший погляд, під час аварії на атомній електростанції — неважливо, чи буде вона викликана помилкою, чи злими намірами росіян — ми всі опинимось у ролі астронавтів. Навколо буде купа радіації, і всім нам доведеться щось із цим робити. Проте насправді існує низка суттєвих відмінностей.

Деякі місця в Прип'яті досі дуже радіоактивні
Деякі місця у Прип’яті досі дуже радіоактивні. Джерело: trips-to-chernobyl.com

На відміну від космосу, на Землі є навколишнє середовище — ґрунт, вода та повітря. Воно певною мірою поглинає радіацію. Тому розлітання частинок не буде нескінченним. Іонізуюче випромінювання матиме достатньо локальне поширення навколо його джерел.

Проблема полягає в самих джерелах. Ними є все, що міститься всередині реактора: ядерне паливо, продукти його розпаду, навіть труби та конструкційні матеріали мають певну наведену радіоактивність. Що буває, коли все це розлітається по великій території — ми вже бачили на прикладі Чорнобильської катастрофи. Там, де в землю потрапили шматки радіоактивних ізотопів, лічильники радіаційного фону починають скаженіти через багато років після аварії.

Сидіти на землі в таких місцях вкрай небезпечно для здоров’я, адже саме тут народжується величезна кількість високоенергетичних частинок. Як багато? Це показує фізична величина, що називається радіоактивністю. Її мірою є беккерель — одна подія розпаду атома на секунду. Як правило, при цьому відбувається народження однієї радіоактивної частинки.

Уран-235
Уран-235. Джерело: Вікіпедія

Так от, один грам урану-235, що використовується як паливо на атомних електростанціях, має радіоактивність у 80 кілобеккерелей. Тобто в секунду його крихітна крупиця народжує 80 тис. радіоактивних частинок. І значна їхня частинка дістанеться людині, яка стоїть або сидить поруч.

Проте може бути й гірший варіант — коли радіоактивний матеріал потрапляє всередину організму через дихальні шляхи чи шлунок. У цьому випадку він може роками перебувати у якихось органах, і тоді всі високоенергетичні частинки дістаються цій людині. Бекерелі напряму переходять у зіверти.

Катастрофи може не статися

Власне, у разі аварії на АЕС усі фахівці бояться саме розповсюдження радіоактивних матеріалів. Щоправда, зробити це у випадку Запорізької АЕС не так просто, як у випадку Чорнобильської. Реактори ВВЕР-1000, що працюють на ній, просто не можуть вибухнути так, як це було 1986-го. Тоді руйнування викликав розрив трубопроводів із перегрітим газом, який і зруйнував реактор в умовах, коли реакцію в ньому не вдалося зупинити.

Шість реакторів ВВЕР-1000 Запорізької атомної електростанції
Шість реакторів ВВЕР-1000 Запорізької атомної електростанції. Джерело: Planet Labs

У випадку ВВЕР-1000 така ситуація просто не може виникнути. Навіть якщо з якихось причин зупиниться система охолодження (що навіть спеціально зробити не так просто), то реактор не вибухне, а розплавиться. І навіть у цьому випадку загроза виходу радіоактивних речовин за його межі буде мінімальною. Річ у тім, що цей тип — на відміну від реакторів РБМК, встановлених на Чорнобильській АЕС — має міцний корпус, спеціально розрахований на те, щоб утримувати в собі небезпечні матеріали на випадок аварії.

Звичайно, якщо окупанти твердо вирішать влаштувати глобальну катастрофу, 100-відсотково надійного захисту від їхньої «винахідливості» ніхто не дасть. Проте якщо вони спробують кардинально змінити технологічні процеси на станції чи розмістити під реакторами десятки тонн вибухівки, приховати це буде вкрай важко. Лишається сподіватися, що в такому разі міжнародна спільнота знайде спосіб нейтралізувати загрозу до того, як вона втілиться у життя.

Тільки найцікавіші новини та факти в нашому Telegram-каналі!

Приєднуйтесь: https://t.me/ustmagazine

Івана Купала. Як стародавнє свято пов’язане з астрономією
В Англії екоактивісти облили фарбою стародавню обсерваторію
Кратери та іржа: TGO зазнімкував багату на метали ділянку на Марсі
Темою міжнародного хакатону NASA у 2024 році стане Сонце
Червоні та коричневі карлики: Дуже Великий телескоп знайшов приховані супутники яскравих зір
Астрофотограф зафільмував сріблясті хмари над Україною (відео)
Потужні хвилі на Титані руйнують берегову лінію
Дракон і зорі: приголомшливий вид з ілюмінатора Starliner
Starliner «застряг» у космосі: NASA відтермінувала повернення космічного корабля
Життя краще шукати на маленьких екзопланетах із великими місяцями