Радиоактивное воздействие на биосферу

 

Министерство образования и  науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное общеобразовательное  учреждение высшего

профессионального образования

« Санкт-Петербургский государственный  университет  информационных технологий, механики и оптики».

Институт международного бизнеса и права

 

РЕФЕРАТ

по дисциплине: «Концепции современного естествознания»

на тему: «Радиоактивное воздействие  на биосферу».

 

Выполнил: студент 2-ого курса очной 

формы обучения ИМБИП группа 2442

 Блохин Руслан Романович

Проверила: Колесникова  Тамара Дмитриевна

 

Оценка :______________________

Подпись:______________________

«___»______________    2012  год

 

 

 

Санкт – Петербург

2012

Оглавление

 

Введение 3

Радиация в биосфере 3

Основные источники радиационного  загрязнения биосферы 4

1) Добыча и переработка радиоактивного  минерального сырья 4

2) Уголь как источник естественной  радиации 6

3) Ядерная энергетика 7

4) Тепловые электростанции 9

5) Полигоны для испытания ядерного  оружия 11

6) Ядерные взрывы в мирных  целях 12

7) Загрязнение морей атомными  кораблями 13

8) Аварии искусственных спутников  земли и самолетов 14

9) Боеприпасы с обедненным ураном 14

10) Радиоактивные отходы 15

11) «Космический мусор» 19

Заключение 23

Список используемых источников 23

Приложения…………………………………………………………………………………....24

 

 

Введение

Человек всегда использовал  окружающую среду в основном как  источник ресурсов, однако в течение  очень длительного времени его  деятельность не оказывала заметного  влияния на биосферу. Лишь в конце  прошлого столетия изменения биосферы под влиянием хозяйственной деятельности обратили на себя внимание ученых. В  первой половине нынешнего века эти  изменения нарастали и в настоящее  время лавиной обрушились на человеческую цивилизацию. Стремясь к улучшению  условий своей жизни, человек  постоянно наращивает темпы материального  производства, не задумываясь о последствиях. При таком подходе большая  часть взятых от природы ресурсов возвращается ей в виде отходов, часто  ядовитых или непригодных для  утилизации. Это создает угрозу и  существованию биосферы, и самого человека.

 

Радиация в биосфере

Радиационные загрязнения  имеют существенное отличие от других. Радиоактивные нуклиды - это ядра нестабильных химических элементов, испускающие  заряженные частицы и коротковолновые  электромагнитные излучения. Именно эти  частицы и излучения, попадая  в организм человеку разрушают клетки, вследствие чего могут возникнуть различные  болезни, в том числе и лучевая. В биосфере повсюду есть естественные источники радиоактивности, и человек, как и все живые организмы, всегда подвергался естественному  облучению. Внешнее облучение происходит за счет излучения космического происхождения  и радиоактивных нуклидов, находящихся  в окружающей среде. Внутреннее облучение  создается радиоактивными элементами, попадающими в организм человека с воздухом, водой и пищей. Для  количественной характеристики воздействия  излучения на человека используют единицы - биологический эквивалент рентгена (бэр) или зиверт (Зв): 1 Зв = 100 бэр. Так  как радиоактивное излучение  может вызвать серьезные изменения  в организме, каждый человек должен знать допустимые его дозы. В результате внутреннего и внешнего облучения  человек в течение года в среднем  получает дозу 0, 1 бэр и, следовательно, за всю свою жизнь около 7 бэр. В  этих дозах облучение не приносит вреда человеку. Однако есть такие  местности, где ежегодная доза выше средней. Так, например, люди, живущие  в высокогорных районах, за счет космического излучения могут получить дозу в  несколько раз большую. Большие  дозы излучения могут быть в местностях, где содержание естественных радиоактивных  источников велико. Так, например, в  Бразилии (200 км от Сан-Паулу) есть возвышенность, где годовая доза составляет 25 бэр. Эта местность необитаема.

Наибольшую  опасность представляет радиоактивное  загрязнение биосферы в результате деятельности человека. В настоящее  время радиоактивные элементы достаточно широко используются в различных  областях. Халатное отношение к хранению и транспортировке этих элементов  приводит к серьезным радиоактивным  загрязнениям. Радиоактивное заражение  биосферы связано, например, с испытаниями  атомного оружия. Во второй половине нашего столетия начали вводить в эксплуатацию атомные электростанции, ледоколы, подводные лодки с ядерными установками. При нормальной эксплуатации объектов атомной энергии и промышленности загрязнение окружающей среды радиоактивными нуклидами составляет ничтожно малую  долю от естественного фона. Иная ситуация складывается при авариях на атомных  объектах. Так, при взрыве на Чернобыльской  атомной станции в окружающую среду было выброшено лишь около 5% ядерного топлива. Но это привело  к облучению многих людей, большие  территории были загрязнены настолько, что стали опасными для здоровья. Это потребовало переселения  тысяч жителей из зараженных районов. Повышение радиации в результате выпадения радиоактивных осадков  было отмечено за сотни и тысячи километров от места аварии. В настоящее  время все острее встает проблема складирования и хранения радиоактивных  отходов военной промышленности и атомных электростанций. С каждым годом они представляют все большую  опасность для окружающей среды. Таким образом, использование ядерной  энергии поставило перед человечеством  новые серьезные проблемы.

 

Основные источники радиационного  загрязнения биосферы

1) Добыча и переработка радиоактивного  минерального сырья

Из всего  уранопроизводящего комплекса добыча и переработка урановых руд дает самый большой объем радиоактивных  отходов, которые по физическому  состоянию подразделяются на твердые  и жидкие. Специфическая особенность  уранового и ториевого производства – наличие во всех видах отходов  радионуклидов с большим периодом полураспада. Обычно промышленное содержание урана в рудах находится в  интервале 0.02-0.03%. Руды с меньшей  концентрацией этого радиоактивного элемента считаются забалансовыми. «Пустые» породы содержат тысячные доли процента урана. Последние две категории  минерального вещества, как и сами балансовые руды, относятся к материалам, представляющим опасность для окружающей среды, поскольку они на расстоянии 10 см от их поверхности создают мощность эквивалентной дозы более 0.1 мЗв/ч.

с В результате ветровой эрозии происходит сдувание пыли с поверхности отвалов, а также твердых продуктов распада постоянно выделяющегося радона и перенос этого материала на значительные расстояния. Отвалы забалансовых руд и пустой породы подвергаются постоянному воздействию атмосферных осадков, которые выщелачивают РН и загрязняют ими грунтовые воды и гидрографическую сеть, что, в конечном счете, приводит к сверхнормативному загрязнению радиоактивными веществами донных отложений.

Дополнительный  источник загрязнения окружающей среды  – жидкие отходы, к которым относятся  шахтные воды, насыщенные радионуклидами. Другим звеном уранового производства являются обогатительные предприятия и заводы по гидрометаллургической переработке радиоактивных руд, где главный вид отходов – хвосты переработки рудной массы, насыщенные радиоактивными жидкостями. Весь этот материал удаляется в намывные хвостохранилища, которые являются неотъемлемой частью гидрометаллургического производства урана и тория и главным источником местного загрязнения окружающей среды радионуклидами. Вокруг хвостохранилища со временем образуется постоянно функционирующий как наземный, так и подземный ореолы распространения радионуклидов (рис.5.23). Кроме того радиоактивные руды часто транспортируются по железной дороге с грубейшими нарушениями техники безопасности.

Немалый вклад  в загрязнение природной среды  радионуклидами вносят и химические комбинаты по производству оружейного плутония и вторичной переработке  отработанного на АЭС ядерного топлива. Высокоактивные сточные воды на этих предприятиях собираются в герметичные  контейнеры, а малоактивные воды сбрасываются в открытые водоемы.

В качестве дополнительного источника естественных РН, поступающих в биосферу в результате деятельности человека, можно назвать  добычу и переработку сырья, используемого  для производства фосфорных удобрений, поскольку добываемые фосфориты  и апатитовая руда характеризуются  повышенным содержанием природного урана.

 

2) Уголь как источник естественной  радиации

Уголь, подобно  нефти и газу, представляет собой  органическое вещество, подвергшееся медленному разложению под действием  биологических и геологических  процессов. Основа образования угля – растительные остатки, произраставшие миллионы лет назад. Вместе с тем, уголь всегда содержит природные  радиоактивные вещества уранового и актиноуранового рядов (238U и продукты его распада 234U, 226Ra, 222Rn, 210Pb, 210Po и т.д.; 235U и продукты его распада 219Rn и т.д.), ториевого ряда (232Th и продукты его распада 220Rn, 216Po), а также долгоживущий радиоактивный изотоп 40K. Таким образом, естественная радиоактивность угля формируется за счет природных радионуклидов. Уран в окислительных условиях земной поверхности, как правило, присутствует в виде хорошо растворимых соединений, и поэтому значительно более широко рассеян, чем торий, хотя среднее содержание урана в земной коре почти на порядок ниже, чем тория.

В углях  в результате инфильтрации уран концентрируется  в низкомолекулярном органическом веществе торфов, лигнитов, бурых углей. Большая часть урана находится  в виде мелкодисперсных оксидов. В антрацитах и каменных углях  количество урана незначительно.

Концентрация  РН в разных угольных пластах различается  в сотни раз. В среднем содержание радионуклидов в угле примерно соответствует  гранитным кларкам. За счет привнесенного  урана содержание радионуклидов  может увеличиваться. Так, в подмосковном угле содержание урана в среднем  составляет 9.15 г/т, а тория 11.65 г/т. Радиоактивность  золы и выбрасываемых в атмосферу  твердых частиц, образующихся при  его сжигании, превышает 370 Бк/кг (достигая временами 520 Бк/кг), в то время как  при сжигании кузбасских углей радиоактивность  составляет 20-40 Бк/кг. По мере выработки  месторождения концентрация радионуклидов  в угле может меняться.

На рис.5.24 в качестве иллюстрации приведены  характерные удельные активности основных изотопов – 40K, 226Ra и 232Th для 10 российских месторождений. В табл. 5.2 приведены  аналогичные данные для Интинского и основных дальневосточных месторождений  угля с учетом изменения концентрации РН в золе и шлаке.

ЕРН уранового  ряда при формировании техногенных  соединений образуют в большинстве  своем соединения, практически не отличающиеся от известных природных  минералов. ЕРН ториевого ряда изучены  не так подробно, но есть основания  предполагать, что сформированные техногенные  соединения тория будут отличаться от природных. Отметим, что торий  и калий обычно связываются с  неорганической фракцией, в то время  как уран имеет тенденцию к  связи с органикой, выбрасываемой  в атмосферу с парогазовой  фракцией, и концентрируется в  аэрозолях.

При определенных условиях мобилизация ЕРН возможна даже на объектах с содержанием ниже кларка, поэтому в процессе добычи, переработки, использования и транспортировки  радиоактивные элементы, содержащиеся в субкларковых количествах, могут  накапливаться в окружающей среде  и в дальнейшем представлять опасность  для персонала и населения прилегающих территорий. При этом достаточно большие объемы добычи минерального сырья предопределяют значимое накопление суммарного количества ЕРН.

3) Ядерная энергетика

По состоянию  на 2009 год в мире действовало 437 энергетических ядерных реактора, генерирующих почти 16 процентов мировой электроэнергии. Для обеспечения этих АЭС ядерным  топливом необходимо ежегодно почти 4000 т природного урана.

При ядерных  реакциях, происходящих в активной зоне реактора, выделяются радиоактивные  газы: ксенон 133Xe (Т1/2 = 5 сут), криптон 85Kr (Т1/2 =10 лет), радон 222Rn (Т1/2 =3.8 сут) и другие. Эти газы поступают в фильтр-адсорбер, где теряют свою активность и только после этого выбрасываются в  атмосферу. В окружающую среду поступает  также некоторое количество изотопа  углерода 14С и трития 3Н.

Другой  источник родионуклидов, попадающих в  окружающую среду от функционирующих  АЭС, – дебалансная и техническая  вода. ТВЭЛы, находящиеся в активной зоне реактора, часто деформируются, и продукты деления попадают в  теплоноситель. Дополнительным источником радиации в теплоносителе являются РН, образующиеся в результате облучения  материалов реактора нейтронами. Поэтому  периодически вода первого контура  обновляется и очищается от РН.

Чтобы не произошло  загрязнение окружающей среды, вода всех технологических контуров АЭС  включается в систему оборотного водоснабжения. Тем не менее, часть  жидких стоков сбрасывают в водоем-охладитель, имеющийся при каждой АЭС. Этот водоем является слабопроточным бассейном (чаще всего это искусственное водохранилище), поэтому сброс в него жидкостей, содержащих даже малое количество радионуклидов, может привести к опасной их концентрации. Сброс жидких радиоактивных отходов  в водоемы-охладители категорически  запрещен Санитарными правилами. В  них можно направлять только жидкости, в которых концентрация радиоизотопов  не превышает допустимые нормы.

Наносят ли вред окружающей среде атомные электростанции? Опыт эксплуатации отечественных АЭС  показал, что при правильном техническом  обслуживании и налаженном мониторинге  окружающей среды они практически  безопасны. Радиоактивное воздействие  на биосферу этих предприятий не превышает 2% от местного радиационного фона.