Жұмыс бағдарламасы «Радиациялық экология»

мамандығы үшін

Семей

1. 
   Дәріс оқулар
   
2. 
   Практикалық сабақтар
   
3. 
   Студенттің өздік жұмысы
   

1. 
   ДӘРІС ОҚУЛАР
   

Дәріс 1. Энергетика және өркениет

Дәріс сабақтың мазмұны:

1. Экология ғылымы және оның негізгі мақсаттары

2. 
   Энергетиканың дәстүрлі түрлері және олардан туындайтын қиындықтар
   
   1. 
      Табиғи ресурстар
      
   2. 
      Энергетика, өркениет және өмір стандарттары
      
   3. 
      Көмір-отындық цикл
      
   4. 
      Гидроэнергетика
      
   5. 
      Дәстүрлі емес энергия көздері
      

3.1 Атом электростанциялары

3.2 Ядролық отын циклінің радиоактивті қалдықтары

4. Энергетиканың экологиялық, әлеуметтік және экономикалық салыстырымдары

2.2 Энергетика, өркениет, өмір стандарттары

М атериалды ресурстар (су, топырақ, тамақ, орман) биологиялық түр ретінде өмір сүрушіадамның негізі б.т. қоғам өркениеті деңгейі және оның тұрақты дамуы, өмірдің жоғары стандарттары энергияны көп қолданумен қамтамасыз етіледі. Барлық қоғам қолданатын энергияның (жылулық және электрлік) 1/3 бөлігі электр энергиясын шығаруға, 2 бөлігі өндіріс және тұрғын үйлерді жылытуға, транспортқа жұмсалады. Осы энергия көлемінің 87% органикалық отынды жағудан пайда болады, ал гидро және ядро энергетика ‑ 6%, ал 1% таусылмайтын (сутексіз) энергия түрлері (күн, жел).

Электрэнергиясы қолдануға және тасымалдауға ыңғайлы. Оның өндірісі негізінен қазба отындар (63%), атом және гидроэнергетикамен (17%-19%), басқасы (1%) қамтамасыз етіледі. Осы электрэнергиясы қоғамдағы жоғарғы өмір стандарттарын қамтамасыз етеді – жарық байланыс, теледидар тұрмыстық техника, көліктің біршама бөлігі, көптеген елдерде тұрғын үйлерді жылыту. Электрэнергияны тұрғындардың бір жанына шаққанда шығатын сан елдің даму деңгейінің жалпы көрсеткіші б.т. Мысалы; оол сан Норвегия 25000 кВт∙сағ/жыл, Қазақстанда 4000 кВт∙сағ/жыл тең.
2.3 Көмір – отындық цикл (УТЦ)
Электрэнергиясының көп бөлігі жылуэнергостанцияларында көмірді жағу жолымен өндіріледі. Түзілген қалдықтар түрлері мен мөлшерін және оның биосфера мен адам организміне әсерінің қуаты 1000 МВт болатын бір жылустанциясы мысалында қарастырайық. Тоқтаусыз жұмыс жасаған осындай ЖЭС жылына 8.8 млрд кВт∙сағ энергия өндіреді, мұнда 2.6 млн т көмір (2000 т.ж құрамы) жағылады. Осы пайдалы энергия шығымынан көмірді іздеу, оны алу, байыту және тасымалдаудан шыққан шығындарды шегеру керек (құрал‑жабдықтарды дайындауды қоспағанда).

1 кг көмірдің жануы үшін көмір маркасы мен жағу технологияларына қарай 7-9 м³ атмосфералық ауа керек. Осы ауа көлеміндегі 2-2.5 кг оттегі C, S, N тотыгуына қатысады.

Жалпы алғанда, осындай электрстанцияның бір жылдық жұмысынан төмендегідей әр түрлі қалдықтар мөлшері түзіледі:

• 
  320-500 мың т күл (көмір сапасы мен түріне қарай), оның ішінде 400 т‑дай улы ауыр металдар (As, Cd, Co, Pb, Hg, V, U, Th). Әр ЖЭС‑да күл үйінділері ондаған га жерлерді алады, ал олардың улы компоненттері желмен ондаған км таралады;
  
• 
  Атмосфераға 6млн т CO₂ 50 мың т‑дай S тотықтары, 25 мың т N әртүрлі тотықтары шығарылады, олармен бірге аэрокірнелер (аэрозоль) ретінде ауыр металдар, р/а U және Th күйемен бірге шығарылады.
  

• 
  Барынша байланыс қуаттары тығыз орналасқан, энергия пайдаланғыш райондардан алыс орналасқан болады;
  
• 
  Жазықтықтағы өзендерге ГЭС салу барынша құнарлы жерлерді иесіздендіруге әкеледі;
  
• 
  Өзендегі табиғи экологиялық тепе‑теңдікті бұзады;
  
• 
  Бөгет бұзылған жағдайда көп адамдар қаза табуы мүмкін;
  
• 
  Құрылысы қымбат тұрады.
  

5. 
   Дәстүрлі емес энергия көздері
   

Қазба отындар қолданысы жергілікті, аймақтық және жаһандық экологияға жағымсыз әсер етуі мүмкін. (Гидроэнергетика энергиясының салыстырмалы арзан түрі болғанымен жергілікті және аймақтық экологияға әсер етіп, аздаған зиян тудыруы мүмкін. Қалпына келтірілетін энергия көздері үлкен экологиялық ахуал тудырмаса да, жергілікті зиян тудыруы мүмкін).

Ары қарай энергетиканың баламасы атом энергетикасы қарасытырайық. Атом энергетика қалыпты эксплуатация жағдайында станция маңайында тұратын халыққа болсын, аймаққа немесе жаһандық болса дақауіп тудырмайды. Тізбекті реакция жүруі үшін отынды өте аз мөлшерде қолдану маңызды б.т. Бұл сол сияқты, кен үшінде, реакция қалдықтары орналастыру үшін де, және эксплуатациядан алу үшінде маңызды. Экологияға әсері тек сақтық шаралары сақталмаған жағдайда көп зиян келтіруіі мүмкін.

3. Атом энергетикасы

1. 
   Атом электростанциялары (АЭС)
   

Қазіргі уақытта энергияға қажеттіліктің өсуін қамтамасыз ету үшін дүниежүзілік атом энергетикасының дамуы экологиялық тұрғыдан алғанда тиімді б.т.

Атом энергетикасы ауыр р/а элементтердің ядросының бөліну процесін басқаруға негізделген, ондай жағдайда отын массасы бірлігіне шаққандағы жылу бөлінуі жай химиялық реакциямен салыстырғанда ондаған есе жоғары, сонымен қатар энергия бірлігіне келетін қоршаған орт аны ластаушы улы заттар да органикалық отынның жануынан біршама төмен.

Энергия мөлшері бірлігін шығаруға қолданылатын отын мөлшері – энергия бөлудің тығыздығы б.т. бұл экологиялық әсерді біршама мөлшерде сипаттайды, себебі ол отынды алу, оны байыту, тасымалдау және түзілген қалдықтар көлемін анықтайды.

Ядролық отынның қазба отынға қарағанда энергия бөлу тығыздығының жоғарғы болуы оның физикалық сипаттамаларының басты артықшылығы б.т.

Жанба отын түрлері мен ядролық отынның энергия бөлу тығыздығы энергостанцияларды салыстырмалы кішкене жер аудандарын орнатуға мүмкіндік береді.

Қалпына келтірілетін энергетика түрлерінің энеергия бөлу тығыздығы төмен, сондықтанда өндірілген энергия бірлігіне көп аудан көлемін қажет етеді. Мысалы, 1000 МВт жүйе сәйкес климаттық жағдайларда келесі аудан көлемдерін қажет етеді;

3.2 Ядролық отын циклінің радиоактивті қалдықтары

ЯОЦ процесінде басқа да адамзат іс‑әрекеттері тәріздес әртүрлі қолданылмайтын қалдықтар түзіледі. Тірі ағзаларға негізгі қауіп – осы қалдықтардың радиоактивтілігі б.т.

ЯОЦ іс‑әрекетінің қалдықтары уран кендеріндегі қазу және алғашқы байыту стадияларында түзіледі. Олардың активтігі жоғары емес, олар табиғи радионуклидтер б.т. олардың әсері тек тау жыныстары үйінділерінен алғашқы жүз метрлерге ғана тарайды, яғни р/а шаңның желмен таралуы және олардың жерасты суларына түсу мүмкіндігі бар. Барлық үйінді массасының тек азғана пайызы ғана активтілігі төмен қалдықтарға жатады. Уранды ары қарай өңдегенде, соңғы отын таблеткаларын дайындауға дейін қалдық активтілігі жоғарлайды да, орташа активті деңгейге жетеді, бірақ оның массалық мөлшері біршама азаяды. Олар да табиғи радионуклидтер б.т.

Жоғары активті қалдықтар ядролық реактор эксплуатациясы барысында түзілед, сол сияқты АЭС‑да. Олардың көлемі өте аз, бірақ активтіліктері өте жоғары, олар реактордағы уран және плутонийдің ыдырау өнімдері б.т.

Реактор жұмысы барысында атмосфераға асыл газдардың мөлшерленген көлемі ғана шығарылады, ол АЭС маңайында радиациялық фонды жоғарылатпайды.

4. 
   Энергетиканың экологиялық, әлеуметтік және экономикалық салыстырымдары
   

Энергетика түрлерінің толық цикілінің қоршаған ортаға әсер ету факторлары:

1. 
   Қазба отындар:
   

• 
  Ауа райының жаһандық өзгерісі (CO₂, NO_x, CH₄)
  
• 
  Ауа сапасының деградациясы (O₂ жағу, SO₂, NO_x, күйе)
  
• 
  Су бассейндерінің қышқылдануы және ормандардың жойылуы (көмір, мұнай өнімдері қолданысынан)
  
• 
  Улы қалдықтармен ластану (көмір күлі, шлак)
  
• 
  Жер үстінің радионуклидтермен ластануы
  
• 
  Жер асты сулары ластануы
  
• 
  Теңіз бен теңіз жағалауы ластануы
  
• 
  Құнарлы жерлер мен ландшафтардың деградациясы
  
• 
  Тасымал кезінде энергияның көп мөлшерінің қажнеттілігі
  
• 
  Қорлардың азаюы, таусылуы
  

2. 
   Гидроэнергетика:
   

• 
  Халықтың лажсыз қоныс аударуы
  
• 
  Пайдалы жерлерден айырылуы және жер қолданысының қзгеруі
  
• 
  Экосистема әсері және денсаулыққа әсері
  
• 
  Бөгеттің бұзылу қаупі
  

3. 
   Қалпына келтірілген энергия көздері:
   

• 
  Ауа сапасы деградациясы
  
• 
  Жер үстінің р/н ластануы
  
• 
  Экосистема өзгерісі
  
• 
  Күн батареяларын шығаруда биосфераның интенсивті ластануы
  
• 
  Шумен ластану
  

4. 
   ЯОЦ:
   

• 
  Ауыр ядролық апат болу мүмкіндігі
  
• 
  р/а қалдықтарды сақтау
  
• 
  эксплуатациядан алу қиындықтары.
  

Сұрақтар және тапсырмалар

1. Экология ғылымының негізгі мақсаттары қандай?

2. Табиғи ресурстар дегеніміз не? Мысал келтір.

3. Көмір отындық цикл дегеніміз не? Жылуэлектрстанцияларының қалдықтары қандай?

4. Гидроэнергетика неліктен экологиялық қолайлы болып табылады?

5. Дәстүрлі емес энергия көздеріне не жатады?

6. Ядролық отынның энергия бөлу тығыздығының жоғары болу себебі неде?

7. Энергетика түрлерінің экологиялық, әлеуметтік және экономикалық салдарларын қандай?

Микромодуль 2 – Радиациялық экологияның физикалық негіздері
Дәріс 2. Радиациялық экологияның физикалық негіздері

Дәріс сабақтың мазмұны:

1. Альфа, бета және гамма радиация

2. Радиоактивті ыдырау механизмі

3. Радиоактивтілік бірліктері

4. Табиғи радиоактивті сериялар

Радиацияға күннің сәулесі, ғарыштық сәуле, Жердің табиғи радиоактивтік заттарының сәуле шығаруы және жасанды радиоактивті элементтердің изотоптары жатады. Галактикалық ғарыш сәулелерінің құрамында протон ағымдары (85 пайыз), альфа-бөлшегі, яғни гелий (13,14 пайыз), электрондар және гамма кванттары бар болады. Сол сәулелер бөлшектерінде энергия өте жоғары болады. Жердің радиациялық белдеуі сыртқы және ішкі аймақтардан тұрады. Ішкі аймағында 40 МэВ-тан астам энергиясы бар протондар басым. Сыртқы аймағы 20 МэВ энергиясы бар электрондардан тұрады. Бұл энергия атмосфера қабатынан өткен соң Жер бетінде байқалады. Күннің ғарыштық сәулелерінің құрамында протондар, альфа-бөлшегі, электрондар болады. Ғарыштық сәулелер және Жердің табиғи радиоактивті заттарының сәулеленуі табиғи радиациялық реңкті құрады. Табиғи радиациялық реңк Жер бетіндегі бүкіл тірі жәндіктерге, адамға және өсімдіктерге әсерін тигізеді. Оны зерттейтін ғылым саласын радиобиология деп атайды. Жердің табиғи радиоактивтік заттарының сәуле шығаруы барлық химиялық заттарға байланысты болмайды. әр түрлі элементтердің табиғи 50 радиоактивті изотобы бар. Көпшілік элементтердің тек біразы ғана радиоактивті. Кейбір химиялық элементтерде тұрақты изотоптар жоқ, олар түгелдей радиоактивті, мысалы, уран, торий, радий, полоний және т.б. Бұлардың атомының ядросы өздігінен ыдырап, гамма-квантты және корпускулярлы сәулеленеді.

Изотоптар (гр. изос-бірдей, тең; топос-орын) деп қасиеттері бірдей, бірақ атомдық салмақтары әр түрлі химиялық элементтерді атайды. Мысалы, уран элементінің 5 изотопы бар, уран 235 және уран 238 изотоптары жерде көп кездеседі, ал қалғандары сирек кездеседі.

Изотоптар ядрода нейтрондар санының әр түрлі болуына байланысты өзара айырмашылығы бар атомдар. Оларда протондардың саны бірдей. Мысалы, темір атомының ядросында 26 протон бар, ал нейтрондар саны 31 және 32. Атомның және атом ядросының құрылысын анықтап, зерттеу, ядролық құбылыстар заңын ашып, ядролық реакцияларды жүргізіп, жасанды радиоактивтік изотоптар алуға мүмкіндік береді.

Ядродағы құбылыстық айналымды зерттеу атом ядросының таусылмас энергия бұлағы екенін көрсетті. Бұл энергия ядролық реакция кезінде ядролық сәулелену түрінде бөлініп отырады.

Ең алғаш рет 1942 жылдың желтоқсан айының 2 күні ядролық өту құбылысын басқаруға мүмкіндігі бар тізбектелген реакция алынды. Бұл күні атақты физик Энрико Ферми жасап шығарған бірінші реактор өзінің жұмысын бастады. Осы күннен бастап атом энергиясын бейбітшілік және соғыс мақсатында практикалық қолдану басталды.

Ядролық реакторды қолдану арқылы химиялық элементтің және Жер қабатында жоқ элементтердің изотобын жасау мүмкін болды.

Физикалық табиғаты жағынан әр түрлі сәулелерді «иондаушы сәулелер» деген атау біріктіреді. Иондаушы сәулелер – электромагниттік кванттар мен бөлшектердің ағыны. Олар ортамен әсерлескенде ортаның атомдарымен, молекулаларымен тікелей соқтыққанда оларды иондайды (бірінші ретті иондау). Атом мен молекулалардан ұрып шығарылатын электрондардың энергиясы жеткілікті үлкен болса, әрі қарай жалғасып тағы да олармен соқтығысып иондайды (екінші реттік иондау). Шапшаң нейтрондар ортамен өзара әсерлескенде пайда болатын ядроларға немесе басқа бөлшектерге негізделеді. Рентген сәулелерінің фотондары мен гамма фотондар тікелей бірінші ретті иондаушылар (фотоиондаушылар), сол сияқты жоғары дәрежеде фотондардың затпен әсерлесуінен пайда болған электрондардан пайда болатын екінші ретті иондаушылар болуы мүмкін.

Иондаушы сәулелер көздері – иондаушы сәулелер шығаратын немесе сондай қабілеті бар заттар, немесе қондырғылар. Олар – радиоактивтік көздер деп аталады. Радиоактивтік көздер жабық, не ашық болып екіге бөлінеді.

Иондаушы сәулелердің жабық көздері деп – қолданылу кезінде, не қолданылып болғаннан кейін, қалыпты жағдайда, қоршаған ортаға радиоактивті заттардың түсу қаупі жоқ қондырғыларды, не сәуле көздерін айтады. Жабық сәуле көздері өндірісте шығарылады, олардағы радиоактивті заттар ашылмайтын, сырттан ешқандай алмасу болмайтын, ампулаға немесе қоршаған ортаға радиоактивті зат өткізбейтіндей етіп

қорғасыннан жасалған арнаулы жабық жәшіктерге орнатылған. Сәуле көздерінің жабық түріне құралдар, аппараттар, қондырғылар кіреді. Олардың негізгі жұмыс істеу мақсаты – иондаушы сәуле көзі ретінде қолдануға негізделген.

Ашық күйдегі радиоактивті заттар – иондаушы сәулелер шығаратын заттармен жұмыс жасайтын қызметкерлердің тыныс алу жолдары арқылы, не аузы арқылы ішкі құрылысына түсетін мүмкіндігі бар радиоактивті сәуле көздері.

1. 
   Табиғи радиация түрлері
   
2. 
   Ғарыштық радиация
   
3. 
   Жер бетіндегі радиация
   
4. 
   Жылдық орташа дозалар
   

Радиация латын тілінде радиус – сәуле деген сөз.

Радиацияға күннің сәулесі, ғарыштық сәуле, Жердің табиғи радиоактивтік заттарының сәуле шығаруы және жасанды радиоактивті элементтердің изотоптары жатады. Галактикалық ғарыш сәулелерінің құрамында протон ағымдары (85 пайыз), альфа-бөлшегі, яғни гелий (13,14 пайыз), электрондар және гамма кванттары бар болады. Сол сәулелер бөлшектерінде энергия өте жоғары болады. Жердің радиациялық белдеуі сыртқы және ішкі аймақтардан тұрады. Ішкі аймағында 40 МэВ-тан астам энергиясы бар протондар басым. Сыртқы аймағы 20 МэВ энергиясы бар электрондардан тұрады. Бұл энергия атмосфера қабатынан өткен соң Жер бетінде байқалады. Күннің ғарыштық сәулелерінің құрамында протондар, альфа-бөлшегі, электрондар болады. Ғарыштық сәулелер және Жердің табиғи радиоактивті заттарының сәулеленуі табиғи радиациялық реңкті құрады. Табиғи радиациялық реңк Жер бетіндегі бүкіл тірі жәндіктерге, адамға және өсімдіктерге әсерін тигізеді. Оны зерттейтін ғылым саласын радиобиология деп атайды. Жердің табиғи радиоактивтік заттарының сәуле шығаруы барлық химиялық заттарға байланысты болмайды. әр түрлі элементтердің табиғи 50 радиоактивті изотобы бар. Көпшілік элементтердің тек біразы ғана радиоактивті. Кейбір химиялық элементтерде тұрақты изотоптар жоқ, олар түгелдей радиоактивті, мысалы, уран, торий, радий, полоний және т.б. Бұлардың атомының ядросы өздігінен ыдырап, гамма-квантты және корпускулярлы сәулеленеді.

Изотоптар (гр. изос-бірдей, тең; топос-орын) деп қасиеттері бірдей, бірақ атомдық салмақтары әр түрлі химиялық элементтерді атайды. Мысалы, уран элементінің 5 изотопы бар, уран 235 және уран 238 изотоптары жерде көп кездеседі, ал қалғандары сирек кездеседі.

Изотоптар ядрода нейтрондар санының әр түрлі болуына байланысты өзара айырмашылығы бар атомдар. Оларда протондардың саны бірдей. Мысалы, темір атомының ядросында 26 протон бар, ал нейтрондар саны 31 және 32. Атомның және атом ядросының құрылысын анықтап, зерттеу, ядролық құбылыстар заңын ашып, ядролық реакцияларды жүргізіп, жасанды радиоактивтік изотоптар алуға мүмкіндік береді.

Ядродағы құбылыстық айналымды зерттеу атом ядросының таусылмас энергия бұлағы екенін көрсетті. Бұл энергия ядролық реакция кезінде ядролық сәулелену түрінде бөлініп отырады.

Ең алғаш рет 1942 жылдың желтоқсан айының 2 күні ядролық өту құбылысын басқаруға мүмкіндігі бар тізбектелген реакция алынды. Бұл күні атақты физик Энрико Ферми жасап шығарған бірінші реактор өзінің жұмысын бастады. Осы күннен бастап атом энергиясын бейбітшілік және соғыс мақсатында практикалық қолдану басталды.

Ядролық реакторды қолдану арқылы химиялық элементтің және Жер қабатында жоқ элементтердің изотобын жасау мүмкін болды.

Физикалық табиғаты жағынан әр түрлі сәулелерді «иондаушы сәулелер» деген атау біріктіреді. Иондаушы сәулелер – электромагниттік кванттар мен бөлшектердің ағыны. Олар ортамен әсерлескенде ортаның атомдарымен, молекулаларымен тікелей соқтыққанда оларды иондайды (бірінші ретті иондау). Атом мен молекулалардан ұрып шығарылатын электрондардың энергиясы жеткілікті үлкен болса, әрі қарай жалғасып тағы да олармен соқтығысып иондайды (екінші реттік иондау). Шапшаң нейтрондар ортамен өзара әсерлескенде пайда болатын ядроларға немесе басқа бөлшектерге негізделеді. Рентген сәулелерінің фотондары мен гамма фотондар тікелей бірінші ретті иондаушылар (фотоиондаушылар), сол сияқты жоғары дәрежеде фотондардың затпен әсерлесуінен пайда болған электрондардан пайда болатын екінші ретті иондаушылар болуы мүмкін.

Иондаушы сәулелер көздері – иондаушы сәулелер шығаратын немесе сондай қабілеті бар заттар, немесе қондырғылар. Олар – радиоактивтік көздер деп аталады. Радиоактивтік көздер жабық, не ашық болып екіге бөлінеді.

Иондаушы сәулелердің жабық көздері деп – қолданылу кезінде, не қолданылып болғаннан кейін, қалыпты жағдайда, қоршаған ортаға радиоактивті заттардың түсу қаупі жоқ қондырғыларды, не сәуле көздерін айтады. Жабық сәуле көздері өндірісте шығарылады, олардағы радиоактивті заттар ашылмайтын, сырттан ешқандай алмасу болмайтын, ампулаға немесе қоршаған ортаға радиоактивті зат өткізбейтіндей етіп

қорғасыннан жасалған арнаулы жабық жәшіктерге орнатылған. Сәуле көздерінің жабық түріне құралдар, аппараттар, қондырғылар кіреді. Олардың негізгі жұмыс істеу мақсаты – иондаушы сәуле көзі ретінде қолдануға негізделген.

Ашық күйдегі радиоактивті заттар – иондаушы сәулелер шығаратын заттармен жұмыс жасайтын қызметкерлердің тыныс алу жолдары арқылы, не аузы арқылы ішкі құрылысына түсетін мүмкіндігі бар радиоактивті сәуле көздері.
Микромодуль 3 – Қоршаған ортадағы радионуклидтер және дозиметрия
Дәріс 4. Қоршаған ортадағы жасанды радионуклидтер

Атомның және атом ядросының құрылысын анықтап, зерттеу, ядролық құбылыстар заңын ашып, ядролық реакцияларды жүргізіп, жасанды радиоактивтік изотоптар алуға мүмкіндік береді.

Ядродағы құбылыстық айналымды зерттеу атом ядросының таусылмас энергия бұлағы екенін көрсетті. Бұл энергия ядролық реакция кезінде ядролық сәулелену түрінде бөлініп отырады.

Ең алғаш рет 1942 жылдың желтоқсан айының 2 күні ядролық өту құбылысын

басқаруға мүмкіндігі бар тізбектелген реакция алынды. Бұл күні атақты физик Энрико Ферми жасап шығарған бірінші реактор өзінің жұмысын бастады. Осы күннен бастап атом энергиясын бейбітшілік және соғыс мақсатында практикалық қолдану басталды. Физика оқымыстылары мен инженерлер атом энергиясын пайдалануды зерттеп ұсынғандағы мақсаты – қазба отын түрімен бәсекелесуге қабілетті, қауіпсіз және сенімді энергия көзін жасау болды.

Ядролық реакторды қолдану арқылы химиялық элементтің және Жер қабатында жоқ элементтердің изотобын жасау мүмкін болды.

Жасанды радиоактивтік изотоп биологияда және медицинада жиі қолданылады.

Радиоактивтік изотоптар медицинада емдеу диагностикалық және зерттеу мақсатында кеңінен қолданылады. Радиоактивті кобальт радийді ауыстыратын гамма-сәулелендіру ісіктерді емдеуге қолданылады. Осы мақсатта радиоактивті кобальтті гамма-сәулелерін, сонымен бірге тері ауруларын емдеуге де қолданады. Олар адам организміне зияны тимейтіндей мөлшерде енгізіледі. Оны қолдану тәсілдерін изотоптық тәсіл және меңделген атомдар тәілі деп атайды.

Иондаушы сәуленің биологиялық маңызы өте жоғары.

Физикалық табиғаты жағынан әр түрлі сәулелерді «иондаушы сәулелер» деген атау біріктіреді. Иондаушы сәулелер – электромагниттік кванттар мен бөлшектердің ағыны. Олар ортамен әсерлескенде ортаның атомдарымен, молекулаларымен тікелей соқтыққанда оларды иондайды (бірінші ретті иондау). Атом мен молекулалардан ұрып шығарылатын электрондардың энергиясы жеткілікті үлкен болса, әрі қарай жалғасып тағы да олармен

соқтығысып иондайды (екінші реттік иондау). Шапшаң нейтрондар ортамен өзара әсерлескенде пайда болатын ядроларға немесе басқа бөлшектерге негізделеді. Рентген сәулелерінің фотондары мен гамма фотондар тікелей бірінші ретті иондаушылар (фотоиондаушылар), сол сияқты жоғары дәрежеде фотондардың затпен әсерлесуінен пайда болған электрондардан пайда болатын екінші ретті иондаушылар болуы мүмкін.

«Иондау геометриясы» - (яғни, организмнің қай бөлігі иондалғаны) иондаушы

сәулелердің сипатына, түріне, бөлшектің энергиясы мен жылдамдығына және

тығыздығына тәуелді. Мұның өзі иондалудан басталатын сәулелік зақымдалудың ерекшелігіне әсерін тигізеді.

Радиоактивтік көздер жабық, не ашық болып екіге бөлінеді.

болғаннан кейін, қалыпты жағдайда, қоршаған ортаға радиоактивті заттардың түсу қаупі жоқ қондырғыларды, не сәуле көздерін айтады. Жабық сәуле көздері өндірісте шығарылады, олардағы радиоактивті заттар ашылмайтын, сырттан ешқандай алмасу болмайтын, ампулаға немесе қоршаған ортаға радиоактивті зат өткізбейтіндей етіп қорғасыннан жасалған арнаулы жабық жәшіктерге орнатылған. Сәуле көздерінің жабық түріне құралдар, аппараттар, қондырғылар кіреді. Олардың негізгі жұмыс істеу мақсаты – иондаушы сәуле көзі ретінде қолдануға негізделген.

жұмыс жасайтын қызметкерлердің тыныс алу жолдары арқылы, не аузы арқылы ішкі құрылысына түсетін мүмкіндігі бар радиоактивті сәуле көздері. Олар бес топқа бөлінеді.

Берілген топқа кіретіндер санитарлық-эпидемологиялық қызметтің рұқсатын немесе тіркеуді (регистрация) талап ету-етпеу тәуелділігіне қарай анықталады. Радиоактивті уландырушы заттардың кестелері болады. Кестенің жобасы төменде көрсетілген. Ашық радиоактивті заттармен жұмыс істеген кезде, осы кестедегі келтірілген топтар бойынша, жұмыс орындарындағы санитарлық-эпидемологиялық құжаттарында көрсетілген талапқа сәйкес жүргізіледі.

Иондаушы сәулелену көздерінің турлері онша бай емес. Бірінші иондаушы сәулелену көздері: альфа-бөлшектер, электрондар, гамма-сәулелер шығаратын бірнеше МэВ табиғи радиоактибтік ядролар болған. Кейінгі кезде реакторлар мен циклотрондарда жасанды радиоактивті препараттар көп мөлшерде жасала бастады, бұл өндіріс көлемінде әртүрлі энергиялы және «өмір» сүру уақыты түрліше радиоактивті көздерді шығаруға мүмкіндік тудырды. Дегенмен, ұшып шығатын бөлшектердің энергия аймағы барлық осы көздерде бірнеше МэВ-пен шектелген, өйткені элементар бөлшектерді айтпағанның өзінде ядролық

реакциялардың шегі төмен. Сондықтан, радиоактивтік көздер ядролық реакциялар жасау үшін емес, ол радтоактивті құбылысты зерттеу және қолдану мақсатында пайдаланылады.
Микромодуль 3 – Қоршаған ортадағы радионуклидтер және дозиметрия
Дәріс 5. Иондаушы сәулелер дозиметриясы
Дәріс сабақтың мазмұны:

1. Дозиметриядағы негізгі түсініктер, дозаның өлшем бірліктері

2. Сәулеленудің биологиялық әсерінің негіздері

2.1 Сәулеленудің биологиялық ағзаға әсері

2.2 Сәулеленудің генетикалық әсері

1. 
   Дозиметриядағы негізгі түсініктер, дозаның өлшем бірліктері
   

Радиоактивті сәулелену дозаларының түрлері:

Жұтылған доза – масса бірлігіне есептелінген сәуле жұтылған дененің иондаушы сәулеленуінің энергиясы. Ол иондаушы сәулеленудің затқа беретін Е энергиясының затың массасына қатынасына тең:

D=E/m

1Гр=1Дж/1кг=1Дж/кг

Жұтылған сәулелену дозасының сәулелену уақытына қатынасы сәулелену дозасы тығыздығы деп аталады:

D=D/t

Эквиваленттік доза – организмге зақым келтіру мүмкіндігі бар сәулелену коэффициентіне көбейтілген жұтылған доза.

H=Dk

Мұндағы, H – эквивалентік доза;

k – сәулелену коэффициенті.

Халықаралық жүйеде эквиваленттік дозаның бірлігі – зиверт (Зв). 1Зв жұтылған доза 1Гр және сәулелену коэффициенті k 1-ге тең болғандағы эквиваленттік дозасына тең.

Толық топтық эффективті эквивалентті доза – адамның болашақта қандай да

бір радиация көзінен алатын топтық эффективті эквивалентті доза.

Иондаушы сәулелердің биологиялық әсері. Ядролық сәулелердің тірі ағзаларға физикалық әсерінің негізі – жасушадағы атомдар мен молекулалардың иондалуы. Адам 6Гр-ге тең гамма сәулеленудің зақымдаушы дозасымен сәулеленгенде оның ағзасынан шамамен келесі энергия бөлінеді:

E=mD=70кг·60Гр=420Дж

Адам ағзасына мұндай энергия бір қасық ыстық сумен беріледі.

Жүйеден тыс, бірақ кең таралған бірліктерді қарастырайық.

Беккерель (Б.к. В.q) халықаралық жүйедегі нуклидтердің активті бірлігі 1БК с ішінде кез келген радионуклид ыдырауына сәйкес келеді.

Грей (Гр.) халықаралық жүйедегі жұтылған дозаның бірлігі қандай да бір физикалық дененің жұтылған масса бірлігінің иондық сәулеленуінің энергия санын сипаттайды.

Зиверт (Зв. Sv) халықаралық жүйедегі эквивалентті доза бірлігі иондық сәулелену түрлерінің біртекті емес, радиациялық қауіптілігінің коэффициентіне көбейтіндісін, жұтылған дозаның бірлігін сипаттайды. 1Зв 1Дж/кг жұтылған дозаға сәйкес келеді

(Рентген, , -сәулелер).

Иондық сәулеленудің өлшем бірліктері. Иондық сәулелену анықтамасын

сипаттайтын сәулелену дозасының түсінігі және кейбір өлшем бірліктері енгізілген.

Сәулеленудің экспозициялық дозасы, жұтылған доза, эквивалентті доза.

Рентген және гамма-сәулелерінің экспозициялық дозасы ауаны иондайтын мүмкіндігі бар сәулеленудің иондық сипаттамасы. Әрбір белгі 1Кл зарядты электрлік тасымалдаушының 1кг құрғақ ауадағы иондарының халықаралық жүйеде қабылданған экспозициялық дозасы. Қазіргі тәжірибеде жүйеден тыс кең қолданылатын экспозициялық доза – Рентген (Р).

1Р=2,08·103 иондар жұбына сәйкес келеді.

1Р=2,58·10^-4Кл/кг.

Сәулелену дозасының кез келген түрінің сандық өлшемін жұтылған доза

пайдаланады. Жұтылған дозаның жалықаралық жүйедегі бірлігі – Грей (1Гр=1Дж/кг). Жұтылған дозаның бұрын қолданырғн жүйеден тыс бірлігі – 1Рад.=0,01Гр.

Тәжірибеде жүйеден тыс эквивалентті доза бірлігі бэр (рентгеннің биологиялық эквиваленті) кездеседі. 1бэр=0,0136.

Иондық сәулелену дозасының таралу жылдамдығы дозаның қуатымен

сипатталады:

Р=D/Т.

Мұндағы, Р – иондық сәулелену дозасының қуаты (Р/r),

Т – сәулелену уақыты (сағ.).

Жұтылған дозаның қуатының халықаралық жүйедегі бірлігі – 1Гр/с. Эквивалентті дозасы – 13в/с. Экспозициялық доза – 1Кл/кг, 1А/кг. Дозиметрмен тәжірибеде жүйеден тыс қуат бірлігі – 1Р/сағ., 1Гр/сағ., 1мкР/сағ., 1Р\жыл т.б.
2.1 Сәулеленудің биологиялық ағзаға әсері
Иондық сәулелердің тірі ағзаға әсерін арнайы ғылым – радиобиология зерттейді. Бұл ғылымның саласы физикаға сүйенеді, сонымен бірге генетика, биология, медицина, цитология және биофизика, биохимия, ядролық физика, физиология, радиациялық химия, имуннология және басқа ғылымдарға зерттеп баяндайды.

Ғалымдар иондық сәулелердің (рентген сәулелері, гамма сәулелер, альфа

бөлшектердің ағыны, β-бөлшектері, нейтрондар, протондар т.б.) биологиялық ағзаларға әсерін зерттейді. Ағзалардың радиациялық сезгіштігі, доза мөлшері, өсімдіктер мен жануарларда туғызатын түрлі өзгерістері, олардың қабылдау себептері, иондық сәуленің әсерінен тірі жасушада болатын бастапқы үрдістері зерттеледі.

Иондық сәулелердің ағзаға тигізетін әсерінің шешуші мәні оның дозасына және қуатына байланысты. Иондау әсері ағзада өте күрделі үрдіс өтуден басталады. Нерв жүйесінің күйі, зат алмасу, жасушалардың бөлінуі, тұқым қуалайтын себептерінің өзгеруі, тірі ағзаның үдетілген түрдегі сәулеленуі сәуле ауруын туғызады.

Сәуле ауруы дегеніміз – ағзаға α, β, γ сәулелері мен жылдам нейтрондардың шоғымен, сонымен қатар радиоактивті заттардың ағзаға түсуімен (ішкі сәулелену) туындайтын ауру түрлері жатады. Бұл жағдайда бірінші кезекте қан жасайтын мүшелер, ішкі секреция бездері, сілекейлі қабықшалар зақымданады. Сәуле ауруын хроникалық және өткір деп екіге бөледі.

Өткір түрі ағзаның бірінші реттік дозаны алуынан немесе ағзаның ішінен радиоактивті заттардың көп мөлшерінің түсуінен болады. Әр адамда бірдей дозамен сәулелену адам ағзасының ауруға төтеп беру қызметіне байланысты.

Сәулеленудің хроникалық түрі – сәуленің үздіксіз және ұзақ уақыт бойы ағзадан дозаларды қабылдауының нәтижесінде пайда болады. Радиациялық сәулелену нәтижесі кейде пайдалы, өсімдіктердің өсуін жылдамдатады.

Өте үлкен сәулелердің әсерінен митоз фазасында да жасушалар өз тіршілігін жояды. Бұл жасушалар жойылуының екінші түрі. Мұндай жағдайда жасушалар сәулелену әсері түсісімен тіршілігін жояды немесе ол одан соң тез арада байқалады.

Сәулеленген ағзаның тіршілігін сақтауда немесе онда негізгі радиоактивтік синдром бола алатын, өздігінен жылдам және көптеп жаңарып отыратын екі жүйе бар. Олар қанның құрамы түзетін жүйе және қарын-ішек жүйесі.
2.2 Сәулеленудің генетикалық әсері

Табиғи сәулелену, кейбір химиялық құрылымдар және сыртқы ортаның температурасы тұқым қуалау қасиетінің құрылымына әсер ету нәтижесінде ұрпақтарға таралатын табиғи мутацияға келтіреді.

- Табиғи сәулелену (ғарыштық сәулелер және жер минералдарының сәулеленуі) ядролық сынақпен қатар келгенде тіршілікте үлкен қатерлі жағдай туғызады. Жер үстіндегі тіршілікті жойып жібереді.

- Табиғи сәулелену, кейбір химиялық құрылымдар, сыртқы ортаның температурасы және ядролық сынақ әсерінен өмір сүру ортасына қарай ұрпақтарда 500-ден астам түрлі аурулар пайда болғаны анықталды. Солардың ішінде, мысалы, ергежейлілік, «гемофилия»(түстерді ажырата алмау), заттардың алмасуынан болатын ауру түрлері, ұрпақтардың дене физикалық және ой еңбегіне, сонымен қатар тіршілік ету қабілеті әлсірейді, өмір сүру мерзімі қысқарады және т.б.

- Иондық сәулелену немесе химиялық заттар әсерінен болған мутация рецессивтілік сипатталады, бірақ адамда доминантты мутация кездеседі және ол тым жақын уақытта ұрпақтарда байқалады.
Сұрақтар мен тапсырмалар

1. Радиоактивті сәулелену дозаларының түрлері қандай?

2. Жұтылған доза деп қандай дозаны айтамыз? Оның бірлігі қандай?

3. Эквиваленттік және эффективті эквиваленттік дозалардың айырмашылығы неде?

4. Сәуле ауруы дегеніміз не? Оның қандай түрлері бар?

5. Сәулеленудің генетикалық әсерінің түрлері қандай? Мысал келтір.

Дәріс 6. Сыртқы радиациялық қауіп

Дәріс 7. Ішкі радиациялық қауіп

1. 
   Адам мүшелеріне сәулеленудің физиологиялық әсері. Шекті рұқсат етілген дозалар.
   
2. 
   Сәулеленудің биологиялық ағзаға әсері
   
3. 
   Организм молекулаларының қышқылдануы және бүлінуі. Иондық сәуленің организмге алғашқы әсерлері. Сәулеленуден жасушада болатын морфологиялық өзгерістер. Тіршіліктің пайда болуының алғашқы кезеңіндегі сәулеленудің маңызы.
   
4. 
   Сәулеленудің генетикалық әсері.
   
5. 
   Шынайы және жалған қайтымдылық. Ұлпа мен жасушаның радиоәсерді
   
6. 
   сезгіштігі, сәулелену әсері факторына әр түрлі ағзалардың сезімталдығы.
   

Иондалуда зарядты бөлшектер заттың түрлері мен молекулаларының сыртқы

электрондық қабаттарына өзара электрлік жолмен әсерлеседі де, байланыстың үзілуіне әкеліп соқтырады. Атом және молекула оң ионға айналады. Үзіліп шыққан электрон басқа молекулаларға қонып, теріс ионды жасайды. Бірақ бұл өзгеріске ұшып келген бөлшектердің энергиясының бір бөлігі ғана шығындалады және ол затта көптеген қос иондар құрастырады. Әрбір қос ионнан 2-3 қозған молекула пайда болады. Нәтижесінде олардың электрондары сыртқы қабықтан ішкі электрондық қабыққа орын ауыстырады.

Кері ауысуда электрондардың артық энергиясы фотондар түрінде сәуле болып көрінеді. Шапшаң нейтрондар атом ядросымен соқтыққанда (әсері барынша күшті сутегімен соқыққанда) олардан заттарды иондайтын протондарды жұлып шығарады. Баяу нейтрондарды көбінесе натрий мен фосфордың атомдары жұтып алады.

1) 11Na23+0n1 →11Na24+Ỹ

2) 16P31+0n1→16P32+Ỹ.

11Na24 пен 16P32 – радиоактивті элементтері пайда болады. Ỹ-, -кванттар иондау процесін туғызады. Гамма-квантарды жұтқанда пайда болатын электрондардың орташа энергиясы жұтылған сәуле энергиясының 1/3-не тең деп есептеуге болады. Мысалы:

энергиясы 200КэВ -квантын жұлып шығаратын электрондардың орташа энергиясы шамамен – 66,6КэВ тең. Бұл электрондар ортаны иондай алады. Иондаушы сәулелердің тірі ағзаға әсерін зерттеуге, олардың тірі жасушасын өлтіреді. Өсіп-жетілген жоғарғы жүйелі күрделі құрылысқа ие және аса жауапты міндеті бар ағзаларда (жүйке жүйесі) арнайы жасушалар еш уақытта бөлінбейді, бірақ бұл олардың құрамында үздіксіз жаңару болмайды деген ұғым емес. Екінші жағынан сәулелену кейде ағзның бірқатар жасушаларын шамадан тыс бөліп жібереді де, зиянсыз-зиянды ісік пайда болады. Иондық

сәулелердің биологиялық әсерін, әсіресе олардың зақымдау әсерін зерттеу нәтижесінде радиоактивтік көздермен жұмыс істеу кезінде жұмысшылардың, инженерлердің және т.б. адамдардың, айналадағы халықтардың қауіпсіздігін алдын ала ескеруіміз керек.

Адам мүшелеріне сәулеленудің физиологиялық әсері. Шекті рұқсат етілген дозалар.

Сәулеленудің әсерінен тоғысудың өткізгіштік қызметі бұзылады. Жасуша

жарғақшасының өткізгіштік қасиеті нашарлайды. Сәулеленудің энергиясы жасуша құрамына сіңіріледі немесе жұтылады (физикалық құбылыс). Одан соң физика-химиялық құбылысқа өту нәтижесінде алғашқы құрамдар (заттар) пайда болады. Жасушаның ішкі бөлшектері реакцияға қатысады. Бұл жүйелік және гуморальді реттеу қозғалыстарының басталғанын көрсетеді. Жануарлар, өсімдіктер, шыбын-шіркей, микроағзалар сәулеленгенде нуклеиннің алмасуы бұзылады. Әсіресе радиосезімталдық ұлпалар мен мүшелерде (ішектің сілемейлі қабаты, жілік майы, көкбауыр т.б.) иондықсәулелену ДНК түзуін тежейді. Хромосома жіпшелері үзіледі, жасушаның тіршілігі жойылады және с.с. реттелу қозғалысының бағыты сәулелену әсерінен жарақаттанудың белгілі бірдеңгейіне дейін дамығанын анықтайды. Сәулелену әсері ең алдымен ағзаның жасушасында көптеген реакциялар өтуімен басталады. Жасушаның бөлінуі, ДНК-ң түзілуі шектеледі (жарғақшасы, мембрана). Бұл реакцияның айқын көріністі болуы жасушаның қай сатысына сәулеленудің әсері кез келгеніне байланысты. ДНК-ң түзілуі жасушаның интерфазасына белгілі уақыт ішінде өтеді. Активті түрде жаңарып тұратын ішек түтіктерінің эпитеминінде, жілік майында, теріде циклі 10-48 сағатқа дейін созылады.

Сәулеленудің дозасы алғашқы кезде рентген өлшем бірлігімен, сосын рад.-мен

анықталған, қазір Грей-мен өлшейді. Бірінші дәрежелі сәуле ауруында – 1-2Грей (100-200 рентген). Аурудың білінуі 4 аптадан кейін байқалады. Екінші дәрежелі сәуле ауруында – 2-4Грей (200-400 рентген), ауру 1-2 тәулікте байқалады. Үшінші дәрежелі сәулелену – 4-6Грей (400-600 рентген), ауру 7-10 күнде байқалады. Төртінші дәрежелі сәулелену 6 Грейден жоғары (смертельная доза).