Радиоактивное загрязнение окружающей среды

РАДИОАКТИВНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

К ионизирующим излучениям (ИИ) относятся потоки частиц, квантов электромагнитных излучений, прохождение которых через вещество приводит к возбуждению его атомов, молекул.

Основным источником ИИ являются радиоактивные вещества (РВ), используемые в ядерной энергетике, медицине, промышленности и естественные радиоактивные вещества, находящиеся в атмосфере, воде, почве, теле человека и т. д.

Впервые радиоактивность была обнаружена А. Беккерелем (l896).

Все радиоактивные вещества характеризуются радиоактивностью, т. е. способностью атомов химических элементов самопроизвольно распадаться и превращаться в атомы других химических элементов с другим массовым числом, порядковым номером с выделением радиоактивных частиц. При этом происходит выделение энергии излучения. Так, плутоний-239 распадается на уран-235 и гелий-4 (ядра атомов гелия - a-частицы).

К химическим элементам, обладающим наибольшей активностью относят уран, плутоний, торий, радий и др.

Распад РВ происходит с определенной скоростью, измеряемой периодом полураспада Т1/2, т. е. временем в течение которого распадается половина атомов данного химического элемента. Этот процесс стабилен во времени и его нельзя ускорить или замедлить.

Самопроизвольный распад атомов РВ сопровождается ИИ, т. е. a-, b-, g- и нейтронным (n-) излучениями.

Ионизирующие излучения способны проникать через облучаемые тела, т. е. обладают проникающей способностью.

Радиоактивные вещества способны накапливаться в почве, воде, теле человека и т. д., т. е. могут аккумулироваться в телах, через которые они проходят.

Самым опасным источником радиоактивного загрязнения являются ядерные взрывы (воздушные - низкие, наземные и подземные с выбросом грунта). Величайшей радиационной катастрофой в истории человечества являются атомные бомбардировки городов Хиросима и Нагасаки (1945), в результате которых погибло и было ранено более 200 тыс. человек, а многие получили такие дозы облучения, за которые продолжают расплачиваться их потомки.

С 1945 по 1980 год на поверхности Земли было произведено 450 взрывов: 137 (СССР), 235 (США), остальные Великобритания на территории США, Франция на островах Атлантического океана и Китай на своей территории.

Во время войсковых учений на Тоцком полигоне (1954) была взорвана атомная бомба с тротиловым эквивалентом 40 кт (q = 40кт). На учениях участвовало 40 тыс. человек. После атомного взрыва через эпицентр было проведено наступление. Меры защиты личного состава и медицинский контроль были недостаточны.

Во время «холодной войны» такие учения проводили США в штате Невада и в южной части Тихого океана, а Франция на территории Алжира.

В результате испытаний ядерного оружия на территории России (Новая Земля, Семипалатинск) загрязнены ближайшие к полигонам территории.

После 1980 г. все страны перешли на подземные испытания, которые проводились на глубинах 600-2400 м, где образовывались радиоактивные стеклообразные массы.

ГЛАВА 2 РАДИОАКТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

2.1 Естественные  источники ионизирующих излучений

На человека в процессе всей его жизни действуют различные ИИ, под воздействием которых проходила эволюция «живого» организма.

Земные источники ИИ. К этой группе ИИ человек приспособился на протяжении всего периода эволюции. К ним относятся все радиоактивные вещества, которые находятся в почве, в недрах Земли и определяют радиоактивный фон.

Космические радиоактивные излучения, т.е. излучения Солнца, космоса. В эту группу входят почти все радиоактивные элементы, и облучение человека зависит от высоты нахождения человека над уровнем моря. Чем выше находится человек, тем меньше их поглощает атмосфера (пары воды, пыль, меньшее давление) и тем больше доза облучения.

Внутреннее облучение человека за счет РВ, находящихся в воде, воздухе, продуктах питания и поступающих внутрь организма через кожу, дыхательные пути, желудочно-кишечный тракт.

Попадание радиоактивного газа радона в организм человека через органы дыхания. Радон возникает в результате распада тория, который находится в почве, строительных конструкциях, и в результате сжигания бытового газа. Специалисты указывают на высокий уровень a-частиц в домах с кладкой из красного кирпича, что усугубляется и неблагоприятным режимом плохо проветриваемых помещений. Этот дополнительный радиационный фон определяется радиоактивными алюминием, вольфрамом, бериллием и их сочетанием. В ряде случаев внутреннее облучение обуславливается зубными пломбами, протезами из керамических материалов.

Технологические радиоактивные излучения. К этой группе относят использование строительных материалов, содержащих РВ и сжигание природного топлива на ТЭЦ, металлургических предприятиях и т. д. при производстве 1 ГВт/г. электроэнергии ТЭЦ сжигает 3Ч 106 т угля и в атмосферу выбрасываются аэрозоли, содержащие калий - 40, торий, свинец, радий и др. В этом случае доза облучения составляет 0,2-0,5 бэр/г, что примерно в 10 раз выше, чем от действующих АЭС (0,02-0,1 бэр/г). К этому следует добавить и РВ, содержащиеся в химических удобрениях (калийные соли, фосфориты и др.), которые с пищей поступают в организм человека.

В результате человек от воздействия естественных источников РВ получает суммарную дозу облучения Добл» 240 мбэр/г, которая распределяется следующим образом: радон - 130 мбэр/г, космические излучения - 40 мбэр/г, почва, здания, сооружения - 30 мбэр/г, пища, вода - 40 мбэр/г. Если считать, что срок жизни человека составляет примерно 70 лет, то за всю жизнь человек получает дозу облучения Добл70, равную 17 бэр.

Уровень радиоактивного фона на территории России от природных источников составляет от 5 до 25 мкР/ч, но там, где есть гранитные массивы, водные источники содержат естественные радионуклиды, природный радиационный фон выше.

2.2 Основные  искусственные источники радиоактивных  излучений

Урановая промышленность. Занимается добычей, обогащением и переработкой урана, производством ядерного топлива, а так же транспортировкой ядерного топлива, отработанного ядерного топлива (ОЯТ) и ядерного оружия.

При обогащении природного урана используется большое количество воды, которая после технологических процессов сливается в естественные водоемы и загрязняет их. При производстве ТВЭлов для АЭС загрязнения маловероятны, но в аварийных ситуациях может произойти возгорание некоторых урановых составов и в атмосферу могут быть выброшены РВ.

Ядерные реакторы разных типов. В активной зоне реакторов сосредоточено значительное количество РВ, но ядерные реакторы заключены в мощные оболочки, ИИ в окружающую среду не выбрасываются. Само ядерное топливо не очень опасно, так как у урана практически отсутствуют g-излучения, но в процессе работы в реакторах накапливается значительное количество продуктов деления, являющихся радиоактивно опасными. Следует иметь в виду, что в ядерном реакторе ядерного взрыва произойти не может, так как там нельзя создать критическую массу, необходимую для ядерной реакции взрывного характера. В нем может произойти тепловой взрыв, если от реактора не отводится тепло. В результате такого взрыва происходит разрушение реактора и выброс РВ в окружающую среду (ЧАЭС).

После катастрофы на ЧАЭС значительные загрязнения (более 1 Ки/км2) отмечены на территории Украины, Беларуссии и России. В России радиоактивному загрязнению подверглись 19 республик и областей. Особенно высокие уровни радиации отмечены в Калужской, Орловской и Тульской областях-до 15 Ки/км2, а в Брянской области до 40 Ки/км2.

Основными составляющими при выбросах являются йод-137, цезий-134, цезий-137, стронций-90 и др.

Радиохимическая промышленность - занимается регенерацией ОЯТ. Эти предприятия, как и урановая промышленность, используют большое количество воды.

Места захоронения радиоактивных отходов. Это проблема для всех ядерных держав мира, так как хранилища могут представлять опасность для окружающей среды вследствие их старения, разрушения из-за внешних влияний и т. д. Хранение ОЯТ осуществляется на АЭС, на предприятиях ядерной промышленности. Существуют специальные пункты захоронения - могильники ОЯТ (в России их 16, многие из них устарели). Остро стоит вопрос о захоронении ОЯТ ВМФ России и атомных кораблей морского флота России. В прошлом такие отходы в контейнерах часто сбрасывались в океанические воды.

Использование радионуклидов в медицине и промышленности. В этих случаях выбросы РВ в окружающую среду происходят из-за нарушений правил хранения и безопасности при их использовании.

Использование радиоактивных источников электропитания в космических объектах, для электропитания морских маяков и др. Выбросы могут происходить только в случаях разрушения таких источников. Так, в г. Кандалакше был разрушен источник электропитания на маяке (2001). В результате уровень ИИ на расстоянии 200 м от маяка составил 100 Р/ч.

Изотопные лаборатории используют РВ в исследовательских целях. Часто слив отработанных реактивов производится в общую канализацию, что ведет к радиоактивному загрязнению очистных сооружений.

Локальные загрязнения местности после ядерных взрывов. Такие загрязнения могут возникнуть после взрывов ядерного оружия и после ядерных взрывов, проводимых в мирных целях: тушение горящих газовых факелов, улучшение добычи нефти, создание подземных емкостей для хранения нефтепродуктов и различных отходов, геофизические исследования. В настоящее время такие взрывы не производятся.

Глобальные выпадения радиоактивных осадков после испытаний ядерных боеприпасов в стратосфере. Такие выпадения могут продолжаться годами и разноситься по всей планете. Основной изотопный состав в этих случаях: уран-235, стронций-90, цезий-137, йод-131.

Военная деятельность. Радиоактивные загрязнения могут возникать в результате применения ядерного оружия, в результате применения боеприпасов с обедненным ураном - война в Персидском заливе, Югославия. С этой группой загрязнений связано и применение ядерных реакторов на подводных и надводных кораблях ВМФ.

Телевизоры, мониторы, дисплеи, которые, кроме электромагнитных излучений крайне низких частот, могут излучать и рентгеновское излучение.

Рентгеновские исследования, проводимые в медицинских целях.

ГЛАВА 3 ВЛИЯНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

Жизнь на Земле возникла и развивалась на фоне ионизирующей радиации.

Поэтому биологическое действие её не является каким-то новым раздражителем в пределах естественного радиационного фона. Радиационный фон Земли складывается из излучения, обусловленного космическим излучением, и излучения от рассеянных в Земной коре, воздухе, воде, теле человека и других объектах внешней среды природных радионуклидов. Основной вклад в дозу облучения вносят 40К, 238U, 232Th вместе с продуктами распада урана и тория. В среднем доза фонового (внешнего и внутреннего) облучения человека составляет 1 мЗв/год. В отдельных районах с высоким содержанием природных радионуклидов это значение может достигать 10 мЗв и более. Считают, что часть наследственных изменений и мутаций у животных и растений связана с радиационным фоном.

В основе повреждающего действия ионизирующих излучений лежит комплекс взаимосвязанных процессов. Ионизация и возбуждение атомов и молекул дают начало образованию высокоактивных радикалов, вступающих в последующем в реакции с различными биологическими структурами клеток. В повреждающем действии радиации важное значение имеют возможный разрыв связей в молекулах за счет непосредственного действия радиации и внутри- и межмолекулярной передачи энергии возбуждения. Физико-химические процессы, протекающие на начальных этапах, принято считать первичными - пусковыми. В последующем развитие лучевого поражения проявляется в нарушении обмена веществ с изменением соответствующих функций органов. Малодифференцированные, молодые и растущие клетки наиболее радиочувствительные.

Животные и растительные организмы характеризуются различной радиочувствительностью, причины которой до сих пор полностью ещё не выяснены. Как правило, наименее чувствительны одноклеточные растения, животные и бактерии, а наиболее чувствительны - млекопитающие животные и человек. Различие в чувствительности к радиации имеет место у отдельных особей одного и того же вида. Она зависит от физиологического состояния организма, условий его существования и индивидуальных особенностей. Более чувствительны к облучению новорожденные и старые особи. Различного рода заболевания, воздействие других вредных факторов отрицательно сказывается на течении радиационных повреждений.

Изменения, развивающиеся в органах и тканях облучённого организма, называют соматическими. Различают ранние соматические эффекты, для которых характерна чёткая дозовая зависимость, и поздние - к которым относят повышение риска развития опухолей (лейкозов), укорочение продолжительности жизни и разного рода нарушения функции органов. Специфических новообразований, присущих только ионизирующей радиации, нет. Существует тесная связь между дозой, выходом опухолей и длительностью латентного периода. С уменьшением дозы частота опухолей падает, а латентный период увеличивается.