Экология: проблемы и решения

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.

Основные единицы измерения ИИ

Все радиоактивные вещества распадаются  со своей скоростью, характеризуемой  периодом полураспада Т_1/2.

Активность. Каждый радионуклид количественно характеризуется активностью a (табл. 1) — количеством распадов в единицу времени.

Таблица 1

Величина   и ее символы	Единица СИ,   ее обозначение  и название	Внесистемная единица,  ее обозначение  и название	Соотношение  между единицами
Активность A	Бк (беккерель)	Ки (кюри)	1 Бк=1 расп/с 1 Бк=2,7× 10-11 Ки 1 Ки=3,7× 10-10 Бк
Поглощенная  доза Дпогл	Гр (грей)	Рад (рад	1 Гр=1 Дж/кг = 100 рад 1 рад =10-2 Гр
Эквивалентная доза Дэкв	Зв (зиверт Л)	Бэр (бэр)	1 Зв=1 Гра/Q= 100 рад/Q=  100 бэр   1 бэр =1 рад/Q= =10-2 Зв
Экспозиционная доза Дэкс	Кл/кг (кулон на килограмм)	Р (рентген)	1 Кл/кг=3,88´ 103 Р 1P= 2,58× 10-4Кл/кг

Поглощенная доза облучения  (Д_обл), т. е. количество энергии излучения, поглощенное единицей массы облучаемого тела (табл. 1).

Эквивалентная доза облучения (Д_экв) — это поглощенная доза облучения, учитывающая опасность данного вида облучения. С этой целью вводится коэффициент качества облучения Q, показывающий во сколько раз данный вид излучений эффективнее g- или рентгеновского излучения при одинаковой дозе (табл. 1).

Экспозиционная доза (Д_экс) — это количественная характеристика рентгеновского или g-излучения по эффекту ионизации (табл. l).

Радиоактивное загрязнение  местности (РЗМ) возникает вследствие выпадения радиоактивных осадков на поверхность Земли, которые возникают в результате ядерных взрывов, разрушения АЭС, ядерных реакторов и т. д.

Источниками РЗМ являются:

продукты деления ядерного горючего (урана, плутония). В этом случае имеет  место g- и b-излучения;

неразделившаяся часть ядерного горючего при ядерном взрыве, которая является источником a-излучения;

наведенная активность в почве. Под воздействием первичного нейтронного потока в грунте образуются радиоактивные изотопы (алюминий-27, натрий-22, магний-24 и др., которые при распаде выделяют g- и b-излучения.

Рассмотрим образование РЗМ  в случае аварии на АЭС. Разрушение ядерного реактора может быть вызвано тепловым взрывом, мощность которого невелика. В атмосферу вместе с парами на высоту 800–1200 м поднимаются РВ. Эти выбросы продолжаются длительное время (несколько недель). Ветер на этой высоте в течение длительного времени меняет свое направление много раз, и загрязненные облака разносятся на значительные расстояния от места аварии и выпадают вместе с осадками. С течением времени, вследствие естественного распада РВ, уровни радиации в местах выпадения радиоактивных веществ уменьшаются по экспоненциальному закону

,

Рис. 2. Спады уровней радиации

где P₀ — уровень радиации в момент измерениях t₀; P(t) — уровень радиации в момент времени t, n — показатель степени, характеризующий изотопный состав и определяющий скорость спада уровня радиации во времени (рис. 2). Показатель степени n зависит от варианта загрязнения. Так, для ядерного взрыва n = 1,2, а для аварии на АЭС и ядерных реакторах n = 0,4–0,5, т. е. спад уровней после ядерного взрыва происходит быстрее, чем при аварии на АЭС, а поэтому и дозы облучения при ядерном взрыве за одно и тоже время и при одинаковых начальных уровнях радиации будет ниже, чем при аварии на АЭС.

Зная уровни радиации на местности  Р(t), можно определить дозу облучения  человека Д_обл, которую он получит при нахождении на загрязненной местности за интервал времени от начала t_н до конца t_к облучения.

.

После интегрирования и упрощения  этого выражения с учетом коэффициента ослабления ИИ защитными сооружениями, строительными конструкциями, зданиями получаем расчетное выражение

.

Биологический эффект ионизирующих излучений

Энергия, выделяемая РВ, поглощается  средой, биологическими организмами  и в живых тканях происходят сложные физические, химические и биохимические процессы.

Известно, что тело человека на 75% состоит  из воды и углерода. Под воздействием ИИ вода разлагается на водород Н и гидроксильную группу ОН, которые непосредственно или через цепь вторичных химических превращений образуют продукты с высокой химической активностью — гидратный оксид НО₂ и перекись водорода H₂O₂. Эти соединения взаимодействуют с органическими веществами биологической ткани, окисляют и разрушают ее, В результате нарушается нормальное течение биохимических процессов и обмена веществ в организме человека, разрушаются отдельные клетки.

Биологический эффект облучения зависит  от суммарной дозы облучения и  времени воздействия облучения на организм человека, от размеров облучаемой поверхности тела и индивидуальных особенностей человека.

В зависимости от величины однократной  дозы облучения возможны биологические нарушения, которые приводят к лучевым болезням 4 степеней.

Органы человеческого тела по разному  реагируют на облучение, так как чувствительность к воздействию ИИ у них разная. По степени чувствительности все органы человеческого тела можно расположить в следующей последовательности: зародышевые клетки (гонадная система); красный костный мозг, в котором формируются эритроциты, зернистые лейкоциты, тромбоциты; зобная или щитовидная железа, которая выделяет в кровь и ткани тела гормоны; лимфатическая ткань, лимфатические узлы, селезенка, формирующие незернистые лейкоциты; печень — орган очистки и отстоя крови и др. внутренние органы.

Уже при однократном облучении  человека дозой 50 бэр через сутки  в крови человека уменьшается количество лейкоцитов, а это ведет к сокращению плазматических клеток, вырабатывающих антитела, обеспечивающие защитные реакции организма к различным заболеваниям. Следовательно, понижается иммунная защита человека (нормальная жизнь лейкоцитов 1 сутки).

Уменьшение количества эритроцитов — красных кровяных клеток, переносящих кислород от легких к тканям, наступает через 2 недели после облучения. Продолжительность жизни эритроцитов порядка 100 суток. Эритроциты крови содержат гемоглобин, и если их количество уменьшается, то это может привести к гибели организма. Степень опасности РВ, попадающих внутрь организма, зависит от их активности, а степень поражения организма зависит от скорости их выведения из организма. Если радионуклиды однотипны с элементами, которые человек потребляет с пищей, водой — натрий, калий, кальций и др., то их радиоактивные аналоги могут заменяться нерадиоактивными элементами. Очень опасен для человека радиоактивный йод-137, накапливающийся в щитовидной железе. Для его замещения необходимо принимать йодистые препараты сразу же после начала облучения.

Радиоактивные газы — аргон, ксенон, криптон и др. не входят в состав тканей человека и с течением времени выводятся из организма.

Отдельные радионуклиды распределяются в тканях тела человека неравномерно, а отдельные РВ концентрируются  в определенных тканях: в костных  тканях накапливаются радий, уран, плутоний — источники a-излучений; стронций, иттрий — источники b-лучей; цирконий — источник g-квантов. Все эти химические элементы из организма выводятся очень трудно. Химические элементы, образующие в организме человека легкорастворимые соли (например, цезий), накапливаются в мягких тканях и достаточно легко выводятся из организма.

Облучения могут разрушать генетический код организма, взаимодействуя с  клетками ДНК. В результате нарушается передача наследственной информации, записанной в генах, что ведет к мутагенезу.

Человеческий организм способен выводить радионуклиды, но даже при самых благоприятных условиях в организме человека остаются 10% от первоначальной дозы облучения.

Страны, использующие атомную энергетику, источники ионизирующих излучений в производственных и медицинских целях, в науке, имеют национальные нормы радиационной безопасности, основанные на рекомендациях МКРЗ (Международный комитет радиационной защиты).

В России (1996) принят закон о радиационной безопасности, по которому установлены допустимые пределы доз облучения в результате использования источников ионизирующего излучения (НРБ-99): для населения средняя годовая эффективная доза — 0,001 Зв (0,1 бэр) или эффективная доза облучения за период жизни (70 лет) — 0,07 Зв; в отдельные годы допустимы б?льшие значения эффективной дозы при условии, что средняя годовая доза, исчисленная за последующие 5 лет не превысит 0,001 Зв (0,1 бэр).

Регламентируемые значения основных пределов доз облучения не включают в себя дозы облучения, создаваемые естественным и техно-генно измененным радиационным фонами, а также получаемые гражданами (пациентами) при проведении медицинских рентгенологических процедур и лечения.

Контрольные вопросы  

2. Что такое ионизирующие излучения, радиоактивность?
3. Естественные источники ионизирующих излучений.
4. Основные источники и единицы измерения ионизирующих излучений.
5. Радиоактивное загрязнение местности.
6. Биологический эффект ионизирующих излучений.
7. Нормы радиационной безопасности для населения (НРБ-99).

Экология  шума

Механические колебательные движения частиц упругой среды (воздух, вода и т. п.), распространяющиеся в виде продольных волн, называют звуком. К шумам относят звуки любого рода, воспринимаемые человеком, как неприятные, мешающие и даже вызывающие болезненные ощущения.

В наши дни шум стал одним из опасных факторов, вредящих среде обитания. Длительное воздействие шума вредит не только слуху, оно делает человека нервным и ухудшает его самочувствие, Снижается быстрота и точность движений, замедляется мыслительный процесс, человек становится раздражительным, производительность труда падает.

Уже в XIX в. известный бактериолог  Роберт Кох предсказал, что “...когда-нибудь человеку придется ради своего существования  столь же упорно бороться с шумом, как он сейчас борется с холерой  и чумой”.