Фукусима, радиация и банановый эквивалент

При оценке уровня радиационной угрозы население, как можно наблюдать в случае с Фукусимой, получает две полярные оценки - от "зеленых" и от специалистов. Первые, к сожалению, разочаровали и показывают себя вовсе не вторыми. Специалисты имеют дело с реальной угрозой, они знают, какая доза вызывает какое поражение и что с этим делать. Зеленые живут в своей вселенной, им надо оправдывать свое существование и финансирование, их оценки постоянно эпатажно-панически-катастрофичны (мывсеумрем!). Шкала опасности зеленых ограничена ну где-то бытовым дозиметром, начинается от нуля (все, что выше - плохо), а про уровни, которые не влезают в эту шкалу, уже и не говорят, там типа полный фаллаут.

Чарт радиационных доз от различных источников

Прошло уже больше месяца с момента аварии на Fukushima Daiichi. Вроде как можно осторожно надеяться, что взрывов с выбросами в атмосферу больше не будет. В Токио радиационный фон вернулся в свои средние уровни, с водой тоже давно все в порядке (см. графики на Fleep). Правда, это не мешает зеленым "прогнозировать" 120 тысяч раковых заболеваний в городе за следующие 5 лет.

К настоящему времени йод-131 в основном развалился и остался цезий-137 с периодом полураспада 30 лет, который в основном и определяет долгосрочный уровень радиационного загрязнения и необходимость эвакуации (отселения) за пределами 20км зоны. Правительство Японии, согласно текущей информации, рассматривает пороговую дозу для эвакуации в 20мЗв/год (20 миллиЗивертов в год). В Чернобыле, если интернет не врет, было 5мЗв/год. Много это или мало? Давайте немного пробежимся по шкале в качестве референса.

Средний естественный радиационный фон на планете - порядка 2-3 мЗв/год. Эта доза набирается из выделяющегося радиоактивного газа радона, радиации от почвы, строений, космических лучей, еды и питья, а также искуственных источников (15%), абсолютную часть которых составляют медицинские процедуры (рентген, томография...). Вокруг нас практически все радиоактивно, включая нас самих. Это нормально. В 1995г. в рассылке по теме ядерной безопасности появился юмористический термин - banana equivalent dose (BED, банановый эквивалент), который означает дозу радиации, полученную от съедания одного банана, которую примерно оценили в 0.1мкЗв. С того времени банановый эквивалент используется для наглядной оценки радиационной угрозы для населения в случае каких-то утечек, которые, как правило, имеют крайне низкий уровень.
Компьютерная томография грудной клетки подарит порядка 6мЗв.
Уровень свыше 100мЗв/год статистически может увеличить вероятность раковых заболеваний.
Работникам АЭС в Японии в аварийной ситуации, согласно правилам, можно было набрать дозу 100мЗв. Специальным указом правительства после аварии на Fukushima Daiichi порог был поднят до 250мЗв. После этого - на профилактику и несколько лет с нуклидами не работать, по логике.
Однократная экспозиция в 1000мЗв (1 Зв) приводит к симптомам лучевой болезни.
Доза в 5 Зв приводит к смерти в 50% случаев в течении 1-2 месяцев.
Дозы свыше 10 Зивертов считаются смертельными даже при лечении.

Вернемся к среднему естественному фону. 2-3 мЗв в год это действительно средний. На планете есть территории с намного более высоким естественным радиационным фоном (high background radiation areas, HBRA). В Китае в Yangjiang фон порядка 5.8мЗв/год.
Монацитовые черные пески (оксиды церия, лантана, неодима, тория) на пляжах в Guarapari в Бразилии дарят местным жителям и туристам до 175мЗв/год (External Exposure Rates from Terrestrial Radiation at Guarapari and Meaipe in Brazil). На 570-километровом побережье штата Керала в Индии, столь любимом туристами, до 70мЗв/год фонят богатые торием монацитовые пески (Population study in the high natural background radiation area in Kerala, India). Это еще не предел. Добро пожаловать в Рамсар (Ramsar), город в Иране, жители которого, благодаря горячим источникам с высоким содержанием растворенного радия-226, получают до 260мЗв/год. Эти горячие источники используются местными жителями и туристами в качестве СПА для оздоравливающих процедур. :)

Что интересно, в этих HBRA-районах не отмечается роста онкологии, да и вообще каких-либо проблем со здоровьем у местных жителей, которые можно было бы связать с высокой радиацией. Скорее наоборот, местные жители имеют бОльшую радиационную стойкость и даже, как утверждается, являются более здоровыми и дольше живут. Это явление получило название радиационного парадокса (radiation paradox) и является одной из предпосылок гипотезы радиационного гормезиса (radiation hormesis) о благоприятном воздействии малых доз радиации. Официально эта гипотеза не поддерживается.

Учитывая приведенные данные, порог эвакуации в районе Ф-1 в 20мЗв/год является довольно взвешенным. В Японии нет лишней земли и просто так выселять людей никто не будет. В то же время речь идет о гражданском населении, включая детей, которые более восприимчивы к радиации и резкий долговременный скачок уровня ни к чему. Знаменитая деревушка Иитате (Iitate), которую зеленые уже похоронили с десяток раз, находящаяся в 40км от Ф-1, имеет на данный момент фон порядка 5мкЗв/час или примерно 40мЗв/год (если графики не врут). Это многовато, учитывая, что речь идет только о внешнем гамма-фоне, а доза будет значительно увеличиваться, если употреблять местные воду и продукты.

Перейдем поближе к собственно станции Fukushima Daiichi. Бытовые дозиметры зашкалили, их можно выкинуть. Зеленые вымерли. Станция загрязнена неравномерно, пятнами. Уровни различаются очень сильно. В качестве свежих данных: Radiation level: 480μSv/h at the south side of the office building, 60μSv/h at the Main gate, 24μSv/h at the West gate, as of 15:00, Apr. 20th. Это сейчас, а месяц назад цифры были на порядок выше. Высокоактивная вода, которую сейчас пытаются откачать, у поверхности фонит до 1000мЗв/час (в час, а не в год). Роботы, в понедельник отправленные в здания реакторов, намеряли на первом этаже первого блока до 49мЗв/час, в третьем блоке до 57мЗв/час. Это значит, что людям там можно работать 5 часов максимум. А работать, видимо, придется, даже если не получится сбить уровень радиации. В контейнментах поврежденных реакторов уровни измеряются сотней зивертов в час (ну дырявое там все). При всех этих уровнях рабочий персонал станции, начиная с знаменитой команды Фукусима-50, не только не вымирает, но и не переоблучается. На данный момент десятка два людей набрали разрешенные 100мЗв и двое получили где-то 180мЗв, неудачно промочив ноги.

Для сравнения, на крыше ЧАЭС, откуда ликвидаторы-биороботы сбрасывали лопатами обломки и шлак вниз, уровень был где-то пара десятков зивертов в час (если интернет не врет). Это значит, что работать можно было буквально минуту, что по правилам и должно было делаться. На практике все нарушалось и люди переоблучались.

Немного отвлечемся и поговорим о каналах распада нуклидов, или какая бывает радиация? Радиоактивные изотопы могут распадаться по альфа-каналу (с испусканием альфа-частицы - ядра гелия), претерпевать бета-распад с испусканием электрона, наконец, после распада ядра могут находиться в возбужденном состоянии, из которого переходят в стабильное с испусканием гамма-кванта. Продукты распада могут быть также нестабильны и распадаться дальше вплоть до какого-нибудь стабильного изотопа.
На самом деле, еще может быть нейтронный поток, но это означает протекание цепной реакции деления, что, в общем случае, к загрязнению не относится.

Альфа-частицы могут быть остановлены листом бумаги, они не могут пробить кожу. Однако альфа-излучение очень опасно при внутреннем облучении. Например, оружейный плутоний-239 является чистым альфа-излучателем, его можно держать в руках, он теплый. Но есть его крайне не рекомендуется. :) Уран-238, основное топливо для АЭС, тоже практически чистый альфа-излучатель. Свежие топливные сборки не фонят и безопасны. А вот отработанное топливо содержит массу нуклидов, излучающих все подряд. Печально известный полоний-210 является также альфа-излучателем, но крайне радиотоксичен при попадании внутрь.
Бета-частицы можно экранировать миллимитровым слоем стали. Стронций-90, который встраивается в кости, замещая кальций, является чистым бета-излучателем. Его часто используют в качестве тестовых источников для проверки дозиметров, поскольку он легко экранируется.
Гамма-излучение экранируется очень плохо - 2см свинца ослабляют поток в 2 раза. Йод-131 и цезий-137 являются бета и гамма излучателями.
Нейтронное излучение также плохо экранируется, причем нужны другие материалы - пластик, вода (3-6см ослабляют поток в 2 раза).

При нахождении на загрязненной территории (Ф-1, например), безусловно, нужно одевать маску-респиратор и защитную одежду, это предотвратит попадание летучих нуклидов и радиоактивной пыли внутрь (вторичное облучение) и прямой контакт с кожей. Однако гамму так не заблокируешь и именно гамма-излучение формирует фон и набираемую дозу. Индивидуальных средств защиты от сильных гамма-полей нет (танк - не совсем индивидуальный. :)

В зависимости от поглощенной дозы, сушествуют несколько категорий острой лучевой болезни. Последняя носит название "смерть под лучом" - от 120 Зв. Где можно быстро набрать такую дозу? В контейнменте первого блока Ф-1, например. Или разобрав кобальтовую или цезиевую пушку. А нахождение в 1 километре от эпицентра ядерного взрыва мощностью в 1 мегатонну обеспечит 10000 Грей (как бы = 10000 Зв) всего за несколько секунд. Правда, при этом температура в 850 градусов и ударная волна сами по себе также не оставляют никаких шансов. Ну а банановый эквивалент этой дозе вы можете прикинуть самостоятельно. :)