Типы радиационного загрязнения. Проблема радиоактивных отходов

Министерство  образования и науки Республики Казахстан

ГУ «Восточно-Казахстанский  государственный технический университет  имени Д.Серикбаева»

 

Факультет: Горно-металлургический

Кафедра: БЖД  и ООС

 

 

 

РЕФЕРАТ

Типы радиационного загрязнения. Проблема радиоактивных отходов.

 

 

 

 

Выполнил: студент  гр. 11-БЖ-1  Тургумбаева А

Приняла : Перемитина С.В

 

 

 

г Усть-Каменогорск, 2013г

 

 

СОДЕРЖАНИЕ 

 
1 ИЗОТОПЫ И РАДИОАКТИВНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ  
 
1.1 Общая характеристика изотопов и радиоактивного излучения  
 
1.2 Радон  
 
 2 РАДИАЦИОННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ  
 
2.1 Общая характеристика радиационного загрязнения  
 
2.2 Риск радиационной опасности  
 
2.3 Источники радиационного загрязнения  
 
2.3.1 Атомная промышленность  
 
2.3.2 Ядерные взрывы  
 
2.3.3 Ядерная энергетика 
 
2.3.4 Медицина и наука  
 
3 РАДИАЦИОННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ТЕРРИТОРИИ РК  
 
3.1 Причины радиационного загрязнения  
 
3.2 Влияние китайского полигона «Лобнор» и глобальные выпадения  
 
3.3 Радиоактивное загрязнение  
 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 
 

 

 

 

 

1 ИЗОТОПЫ И  РАДИОАКТИВНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

1.1 Общая характеристика  изотопов и радиоактивного излучения

 
Изотопы – это атомы элемента с одним и тем же атомным  номером, но с различными атомными массами. Термин «изотоп» предложил Содди  в 1918 г. для обозначения двух или  более веществ с разной массой, занимающих одно и то же место в  периодической таблице. Известно 340 естественных изотопов элементов. 
 
A=Z+N, 
 
N=A–Z, 
 
Z=A–N, 
 
где A – массовое число, Z – порядковый номер элемента в периодической системе, равный заряду ядра, числу протонов и числу орбитальных электронов атома, N – число нейтронов. У легких изотопов A=2Z. Это соотношение выдерживается до кальция-40. По принципу четности нейтронов и протонов все изотопы могут быть разделены на 4 типа:

Z		N
Четное     Нечетное	Четное    Четно-четные, 166 изотопов,    168^ O    Нечетно-четные, 47 изотопов, 73Li	Нечетное    Четно-нечетные, 55 изотопов, 94Be  Нечетно-нечетные, 5 изотопов,    63Li, 105B, 147N, 5023V, 18073Ta

 
Еще Д. И. Менделеев обнаружил аномальность соотношений для трех пар элементов (более тяжелые элементы с меньшими порядковыми номерами, чем более легкие): 
 
⁴⁰₁₈ Ar и ³⁹₁₉K; 
 
⁵⁹₂₇Co и ⁵⁸₂₈Ni; 
 
¹²⁸₅₂Te52 и ¹²⁷₅₃I . 
 
Эти и другие аномалии были объяснены с открытием радиоактивности. 
 
Радиоактивность – самопроизвольный переход ядер нестабильных атомов в более стабильное состояние. В результате изменений в ядрах атомов выделяется излучение: 
 
α-лучи (ионы гелия); 
 
β-лучи (электроны); 
 
γ-лучи (электромагнитные волны). 
 
Удаление α-частицы из ядра смещает атомный номер в периодической таблице на 2 позиции влево. Массовое число элемента при этом уменьшается на 4 единицы. 
 
При β–распаде массовое число не изменяется. При обычном β-распаде нейтрон превращается в протон с выделением электрона, а атомный номер элемента увеличивается на единицу. При электронном захвате протон переходит в нейтрон в результате перемещения электрона их К-оболочки атома в ядро. Атомный номер при этом уменьшается на единицу, β-излучение отсутствует, но выделяются Х-лучи. 
 
γ-лучи испускаются при возвращении ядра из возбужденного состояния в обычное состояние. 
 
Все три вида излучения являются ионизирующими и способны наносить повреждения биологическим объектам (лучевая болезнь, мутации, образование злокачественных опухолей). Наибольшей проникающей способностью обладает γ-излучение. 
 
Наибольшую опасность из радиоактивных элементов представляют те, у которых период полураспада составляет от нескольких недель и месяцев до нескольких лет (см. табл. 1), поскольку короткоживущие изотопы распадаются быстро и не успевают принести существенного вреда, а долгоживущие – слабо радиоактивны. 

 

 

 

 

 

 

 

 
Таблица 1

Основные радиоактивные изотопы, имеющие значение для экологии (Рамад, 1981)
Радиоизотоп (в скобках – стабильный изотоп)	Период полураспада	Излучение
		α	β		Γ
Группа А: Радиоизотопы элементов, составляющих основу живого вещества
14C (12C)    3H (1H)    32P (31P)    35S (32S)    45Ca (40Ca)    24Na (23Na)    42K (39K)    40K (39K)    59Fe (56Fe)    54Mn (55Mn)    131I (127I)	5568 лет    12,4 года    14,5 сут.    87,1 сут.    160 сут.    15 ч.    12,4 ч.    1,3 млрд. Лет    45 сут.    300 сут.    8 сут.			+    +    +++    +    +    +++    +++    ++    ++    ++    ++		+++    ++    ++    +++    ++    ++
Группа В: обильны в радиоактивных осадках, выбросах при авариях реакторов
90Sr (88Sr)    137Сs (133Сs)    144Сe (140Сe)    106Ru (101Ru)    91Y (89Y)    239Pu (244Pu)	27,7 года    32 года    285 сут.    1 год    61 сут.    24000 лет	++++		++    ++    ++    +    +++		+    +  ++    ++
Группа С: Инертные газы
41Ar (40Ar)    85Kr (84Kr)    133Xe (131Xe)	2 ч.    10 лет    5 сут.			++    +    +++
+ энергия меньше 0,2 МэВ, ++ энергия  0,2-1 МэВ, +++ энергия 1-3 МэВ, ++++ энергия  больше 3 МэВ

 
 
Серьезную проблему представляют стронций–90 и цезий–137 благодаря своей способности  к накоплению в человеческом организме. 
 
Стронций благодаря своему химическому сходству с кальцием очень легко проникает в костную ткань позвоночных, а цезий может накапливаться в мускулах, замещая калий. 
 
Фоновое содержание стронция–90 в почвах составляет 28 г т^-1, в почвах крупных городов – 44 г т^-1. Содержание цезия–137 в воздухе составляет (пг м^-3): 20 (Норвегия), 40 (Гренландия), 60–1500 (ФРГ), 16–1500 (Япония), 70–300 (США, Канада) [5]. 
 
В организм человека цезий и стронций попадают с пищей. Средние содержания их в культурных растениях приведено в таблице 2 (один Бк соответствует одному распаду в сек). 
 
Таблица 2

Среднее содержание 90Sr и 137Cs (Бк кг–1 сухой массы) в культивируемых растениях
Культура	90Sr	137Cs
Пшеница (зерно)    Рожь (зерно)    Ячмень (зерно)    Морковь    Капуста    Картофель    Свекла    Яблоки	2,849    2,701    3,108    0,555    0,469    0,185    0,666    0,333	10,730    7,400    6,290    1,887    2,109    1,406    1,702    1,998

 
 
После газа радона-222 калий-40 занимает второе место в создании природного радиоактивного фона, за ним следуют  уран, радий и торий. 
 
Содержание этих радиоактивных элементов в различных породах приведено в таблицах 3, 4. Поскольку строительные материалы изготавливаются из природного сырья, практически все они также в разной степени радиоактивны (см. таблицу 5). 
 
Таблица 3 

Распространение 40K в окружающей среде
Источник	Бк кг–1
Морская вода    Почвы    Известняк    Гранит    Базальт    Изверженные породы    Глинистые сланцы    Песчаники    Апатиты    Фосфатиты    Фосфатно-калийные удобрения    Азотно-фосфорно-калийные удобрения	12–15    37–1100    30–40    925–1200    290–400    814–925    85–850    300–400    44–170    230    5900    1200–5900

 
Таблица 4 

Концентрации радиоактивных изотопов (Бк кг–1) в горных породах
Тип породы	238U	226Ra	232Th
Граниты    Диориты    Базальты    Дюриты    Сланцы    Алюминиевые сланцы    Известняки    Песчаники	59    31    11    0,4    44    –    26    18	96–114    –    18,5    –    14,8    2220    14,8–25,9    11,1–25,9	81,4    32,5    11,1    24,4    44,4    –    7,0–7,7    11,1

 
 
Таблица 5 

Радиоактивность строительных материалов
Строительный материал	Радиоактивность, Бк кг–3
Дерево    Природный гипс    Песок и гравий    Портландцемент    Кирпич    Гранит    Зольная пыль    Глинозем    Фосфогипс    Кальцийсиликатный шлак    Отходы урановых обогатительных предприятий	1,1    29    34    45    126    170    341    1367    574    2140    4625

 
 
Надо отметить, что опасность  ионизирующей радиации для живых  существ зачастую преувеличивается. Во-первых, она имеет пороговый  уровень, ниже которого воздействие  радиации на организмы не является вредным. Во-вторых, малые дозы радиации могут быть полезными (так называемый «эффект хормезиса»). 
 
Так, исследования воздействия малых доз радиации на животных показали, что продолжительность жизни облученных мышей, крыс, собак оказалась дольше, они были более здоровыми и приносили более многочисленное потомство, чем животные, не подвергавшиеся облучению [2]. Сходные данные получены и для человека [4]. 
 
При малых дозах гамма излучения и быстрых нейтронов наблюдалось усиление роста водорослей, увеличение продолжительности жизни мышей и морских свинок. Хормезис проявляется в стимулировании восстановления ДНК, синтезе белков, образовании антистрессорных белков, обезвреживании свободных радикалов, стимулировании иммунной системы. У млекопитающих обнаружено усиление защитных реакций по отношению к опухолевым и инфекционным заболеваниям, в частности, лейкемией, раком и саркомой [2]. 
 
В сельском хозяйстве, например, ионизирующие излучения используются для повышения всхожести семян, ускорения развития и повышения урожая растений, лучшей прививаемости черенков, повышения яйценоскости кур, стимуляции оплодотворяемости и выхода мальков в рыбоводстве [3]. 
 
При обследовании жертв атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки выяснилось, что у людей, подвергшихся облучению на уровне 100 мЗв (1 мЗв эквивалентен разрушению одной молекулы ДНК в одной клетке тела человека. Природно-обусловленное разрушение ДНК имеет скорость порядка 70 млн. год^–1), смертность от лейкемии была меньше, чем у контрольной группы. 
 
В Норвегии природный радиоактивный фон обеспечивает среднюю дозу облучения людей за время жизни 365 мЗв, в некоторых местностях – до 1500 мЗв, в Индии и Иране есть районы, где эта доза возрастает до 2000 и 3000 мЗв, соответственно (Кондратьев, 1999). В России пороговым уровнем считается 70 мЗв (до 1991 г. был принят уровень 50 мЗв). 
 
Многие курорты (например, в горах Швейцарии, Кавказа, Памира, Колорадо), наряду с благоприятными климатическими факторами, как правило, включают и фактор повышенного природного радиоактивного фона. Всемирно известные курорты Браубах, Висбаден, Баден-Баден (Германия), Бадгастайн (Австрия), Масутами-Спрингс (Япония), Цхалтубо, Пятигорск, Белокуриха и многие другие возникли вокруг источников с повышенным содержанием радона. 

1.2 Радон

 
Наибольшая доля природного радиоактивного фона (около 50 %) образуется радоном, являющимся естественным продуктом распада ²³⁸U и ³²Th. Вклад в радиоактивный фон радона-222 из уранового ряда в 20 раз больше, чем вклад радона-220 из ториевого ряда. Некоторые местности достаточно богаты естественным ураном. Например, в Девоне и Корнуэлле местные граниты содержат до 2000 г т^-1 урана. 
 
Уран распадается достаточно сложным путем и на одном из этапов образует радон.  
 
Поскольку радон – газ, с достаточно большим периодом полураспада, он диффундирует из пород и может проникать в расположенные рядом постройки. Скорость выделения радона из грунта колеблется от 3 до 50 мБк м^–2 с^–1. Радон – бесцветный газ без запаха в 8 раз тяжелее воздуха, скапливающийся над поверхностью грунта.  
 
Сам радон распадается с образованием α-частиц. Как известно, α-частицы сами по себе не опасны, но продукты распада радона – радиоактивные твердые частички. 
 
Если атом радона распадется в легких, то человек получит внутренний действующий источник радиации. С течением времени человек рискует заболеть раком легких. При анализе сравнительной канцерогенной опасности 12 главных загрязнителей в Японии, радон оказался на первом месте (на последнем оказался ДДТ) [6]. 
 
Благодаря распаду радона серьезную опасность может представлять и домашняя пыль. Продукты распада осаждаются в домашней пыли и делают ее источником радиации.  
 
С 1990 г. в Британии принята рекомендуемая концентрация радона в жилых помещениях в 200 Бк м^–3. Уровень в 200 Бк м^–3 или выше зафиксирован в 0,4 % домов Англии. Если учесть, что средняя емкость легких взрослого человека около 5 дм³, то при 200 Бк м^–3 в легких (1/200 м3) происходит один распад в сек. Наибольшие концентрации радона наблюдаются в ванных комнатах. 
 
Вместе с тем, имеются интересные данные о наличии отрицательной корреляции между уровнем концентрации радона (в определенном диапазоне концентраций) в жилищах и числом заболеваний раком легких [2].

2 РАДИАЦИОННОЕ  ЗАГРЯЗНЕНИЕ

2.1 Общая характеристика  радиационного загрязнения

 
Радиационное загрязнение – наиболее опасный вид физического загрязнения  окружающей среды, связанный с воздействием на человека и другие виды организмов радиационного излучения. В развитых странах в настоящее время  радиационное загрязнение окружающей среды представляет наибольшую опасность  вследствие того, что один из основных источников этого вида загрязнения  – ядерная энергетика в последнее  время развивается наиболее быстрыми темпами. По оценкам экспертов, этот вид загрязнения среды в России и в других государствах СНГ находится  на втором месте после химического  загрязнения [1].  
 
К радиационному загрязнению относятся: 
 
1) собственно радиационное загрязнение, под которым понимается физическое загрязнение среды, связанное с действием альфа- и бета-частиц и гамма-излучений, возникающих в результате распада радиоактивных веществ, 
 
2) загрязнение окружающей среды радиоактивными веществами, т.е. по существу химическое загрязнение среды, связанное с превышением естественного уровня содержания (природного фона) радиоактивных веществ в окружающей среде. 
 
Второй вид загрязнения среды проявляется в результате действия излучений, сопровождающих радиоактивный распад. Поэтому и контроль содержания радиоактивных веществ, и оценка их действия на живые организмы производится путем регистрации излучений. В связи с этим принято объединять эти два вида загрязнения и рассматривать их в качестве радиационного загрязнения окружающей среды.