Н.В. Гусакова, А.И. Забалуева, В.В. Румянцева
Экология: конспект лекций
Под редакцией А.Н. Королева. - Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2006. - 176с.
Лекция 8. Глобальные экологические проблемы. Естественное и антропогенное загрязнение окружающей среды
8.2. Физическое загрязнение
8.2.4. Радиоактивное загрязнение атмосферы
К опасным факторам антропогенного характера,
способствующим серьезному ухудшению качества атмосферы, следует отнести радиоактивность.
Радиоактивностью называется самопроизвольное превращение неустойчивого изотопа одного
химического элемента в изотоп другого элемента, сопровождающееся испусканием элементарных
частиц или ядер (например, α-частиц).
Промежуток времени, в течение которого разлагается
половина первоначального количества радиоактивного элемента, называется
периодом полураспада.
К основным видам радиоактивного распада относятся
α-распад, β-распад, электронный захват и спонтанное деление. Часто
эти виды радиоактивного распада сопровождаются испусканием γ-лучей, т.е.
жесткого (с малой длиной волны) электромагнитного излучения.
Радиоактивное загрязнение представляет особую
опасность для человека и среды его обитания. Явление радиоактивности связано с
самопроизвольным распадом атомных ядер, приводящим к изменению их атомного
номера или массового числа и сопровождающимся альфа-, бета- и
гамма-излучениями. Альфа-излучение – поток тяжелых частиц, состоящих из
протонов и нейтронов, который задерживается листом бумаги и не способен
проникнуть через кожу человека. Однако он становится чрезвычайно опасным, если
попадает внутрь организма, где вызывает процессы ионизации и распада.
Бета-излучение обладает более высокой проникающей способностью и проходит в
ткани человека на глубину1-2 см. Гамма-излучение может задерживаться только
толстой свинцовой или бетонной плитой.
Процесс самопроизвольного распада нестабильного атома
называется радиоактивным распадом, а сам атом – радионуклидом. Время, за
которое распадается в среднем половина всех радионуклидов данного типа, принято
считать периодом полураспада соответствующего нуклида. А число распадов в
секунду в радиоактивном образце – его активностью. Единицей измерения
активности в системе СИ является 1 беккерель (Бк, Bq),
который равен одному распаду в секунду. Количество энергии излучения, переданной
тканям организма, называется дозой, а количество такой энергии,
поглощенной единицей массы облучаемого тела, – поглощенной дозой,
измеряемой по системе СИ в Греях (ГР,Gy)(1Гр=1Дж/кг). Однако при одной и той же поглащенной дозе
альфа-излучение гораздо опаснее бета- и гамма-излучений (в 20 раз).
Пересчитанная с учетом этого доза считается эквивалентной дозой. Ее единицей в
системе СИ является зиверт (Зв, Sv) (Широко
распространены внесистемные единицы: кюри(Ки, Cu) – единица
активности изотопа (1 Ки = 3,7∙1010 Бк), рад (рад, rad)
– единица поглощенной дозы облучения(1 рад = 0,01 Гр), бэр (бэр, rem)
– единица эквивалентной дозы (1 бэр = 0,01 Зв)).
Радионуклиды разделяются на естественные
(образовавшиеся на начальном этапе эволюции Земли и при последующих
геологических процессах) и искусственные (полученные человеком в атомных
реакторах и энергетических установках). Основную часть облучения (более 80 %
годовой эффективной эквивалентной дозы) население земного шара получает от
естественных источников радиации. Среди естественных радионуклидов выделены
четыре группы: долгоживущие (уран-238, уран-235 (актиноуран), торий-232);
короткоживущие (радий, радон, и другие радиоактивные элементы) – дочерние
продукты распада урана, актиноурана и тория; долгоживущие одиночные
радиоактивные изотопы, не образующие семейств (калий-40); радионуклиды,
возникающие в атмосфере, гидросфере и земной коре в результате взаимодействия
космических частиц с атомными ядрами вещества Земли (углерод-14 и др.).
Уровни земной радиации неодинаковы в разных районах и
зависят от концентрации радионуклидов в близи поверхности. Аномальные
радиационные поля природного происхождения образуются при обогащении ураном,
торием некоторых типов гранитов и других магматических образований с повышенным
коэффициентом эманирования; на месторождениях радиоактивных элементов в
различных породах; при современном привносе урана, радия, радона в подземные и
поверхностные воды, геологическую среду. Высокой радиоактивностью часто
характеризуются угли, фосфориты, горючие сланцы, некоторые глины и пески, в том
числе пляжные.
Ядерная энергетика (при условии строжайшего выполнения
необходимых требований) экологически чище нежели теплоэнергетика, поскольку
исключает вредные выбросы в атмосферу (золы, диоксидов углерода, серы, оксидов
азота и пр.). Это обстоятельство объясняет строительство и эксплуатацию атомных
электрических станций (АЭС), при нормальной работе которых выбросы радионуклидов
в окружающую среду незначительны. К настоящему времени, по данным Международного
агентства по атомной энергетике (МАГАТЭ), число действующих в мире реакторов
достигло 426 при их суммарной электрической мощности 320 Гвт (17 % мирового
производства электроэнергии). Между тем любая АЭС независимо от уровня ее
защиты представляет собой потенциально опасный объект. В зависимости от места
аварии на АЭС и ее масштаба возможно загрязнение среды такими радионуклидами,
как стронций-90, цезий-137, церий-141, йод-131, рутений-106 и др. Отсюда
высокие требования к обеспечению надежности атомных реакторов, а также к
соблюдению жестких правил их эксплуатации, гарантирующих безаварийную работу
Антропогенными источниками радиоактивных загрязнений среды являются радиоактивные
аэрозоли, вносимые в атмосферу ядерными взрывами или предприятиями атомной промышленности,
а также радиоактивные отходы, сбрасываемые в гидросферу или литосферу. Прежде
всего к ним относятся радиоактивные отходы предприятий по добыче и обогащению
урановой или ториевой руды, переработке ядерного горючего, получению металлов
из ртутных концентратов, изготовлению тепловыделяющих элементов, регенерации
ядерного горючего, а также при многих вспомогательных, ремонтных и дезактивационных
работах.
Радиоактивное загрязнение биосферы при переработке
ядерного горючего связано с наличием большого числа обстоятельств, возникающих
вследствие отклонения от заданного технологического режима и сопровождающихся
аварийными выбросами в окружающую среду радионуклидов. Помимо этого, при работе
с делящимся материалом возможно накопление его критических масс, что чревато
ядерным взрывом.
В
коммунальных условиях внешнее облучение может практически полностью определяться
радиоактивностью строительных материалов. К таким материалам относятся
некоторые разновидности гранитов, пемзы, а также, материалы при производстве
которого использовались глинозем, фосфогипс и кальций-силикатный шлак,
обладающие довольно высокой удельной радиоактивностью. Отмечались случаи, когда
в бетон попадали высокорадиоактивные вещества. В закрытых и непроветриваемых
помещениях продукты распада урана и тория (в том числе радон) накапливаются и
создают высокие уровни радиации.
Уран
и другие радионуклиды могут в значительных количествах выбрасываться в
атмосферу при работе ТЭЦ, котельных, автотранспорта. Это связано с тем, что
угли и нефти иногда характеризуются повышенной ураносностью. Площадь такого
радиоактивного загрязнения может быть обширной.
В
настоящее время радиационная обстановка в России определяется глобальным
радиоактивным фоном, наличием загрязненных территорий, образовавшихся
вследствие кыштымской (1957) и чернобыльской (1986) аварий, эксплуатацией
урановых месторождений, предприятий ядерного топливного цикла, судовых
ядерно-энергетических установок, региональных хранилищ радиоактивных отходов, а
также аномальными зонами ионизирующих излучений, связанных с земельными (природными)
источниками радионуклидов.
|