Реферат Радиоактивность окружающей среды
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное агентство по образованию
ФГАОУ ВПО “Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина”
Кафедра «Автоматизированные электрические системы»
Реферат
Радиоактивность окружающей среды
по дисциплине: «Экология и развитие энергетики»
Студент: П.В. Тощаков
Группа ЭМ-190105
Преподаватель проф., д-р техн. наук: А.Л. Мызин
Екатеринбург 2010
Содержание
Содержание. 2
Введение. 3
1 Радиоактивность и радиация. 4
2 Основные термины и понятия радиоактивности. 6
2.1 Виды радиоактивных излучений. 6
2.2 Единицы измерения радиоактивности. 7
2.3 Изотопы и период полураспада. 8
3 Источники радиоактивных излучений. 10
3.1 Естественные источники радиоактивности. 10
3.2 Искусственные источники радиоактивного излучения. 13
4 Биологическое воздействие радиоактивного излучения. 15
5 Воздействие атомных электростанций на окружающую среду. 18
6 Система нормирования загрязнения окружающей среды.. 19
Заключение. 21
Список использованных источников. 23
Введение
Экологическая катастрофа... Данное словосочетание страшное даже для обывательского сознания. И все же специалисты оказываются или наиболее чувствительными, или наиболее толстокожими, оперирующими цифрами о катастрофах и катаклизмах с таким спокойствием в языковых средствах, что начинаешь и их подозревать в антиэкологическом сознании. Известно, что экологические проблемы возникают из-за антиэкологического характера общества, а, в конечном счете - всего человечества. Вспомним Ф.Ницше: «Безумие единиц - исключение, а безумие групп, партий, народов, времен – правила». Остается одно - закон. И здесь нужен закон, провозглашающий природу, окружающую среду, высшим по отношению к человеку субъектом права. Только при такой постановке вопроса можно говорить о спасение человечества, спасая природу. Только при таком подходе к решению экологических проблем можно надеяться, что безумие времен и народов станет исключением.
В результате катастрофы на Чернобыльской АЭС было эвакуировано около 96 тысяч человек из Припяти, Чернобыля, более 70 населенных пунктов тридцатикилометровой зоны, а также за ее пределами: в Полесском районе Киевской области. В 1 990 и 1991 годах принимались меры по дальнейшему отселению людей с загрязненных территорий Киевской и Житомирской областей, семей с детьми и беременными женщинами, прежде всего, особенно из уже названного Полесского и Народичей Житомирской области. Всего за эти годы эвакуировано около 130 тысяч человек, но на радиационно-загрязненных территориях, не считая Киева (хотя он относится к зонам загрязнения), живет около 1.8 миллиона человек, удельный вес здоровых в данных районах уменьшился за эти годы с 50 до 20 процентов. И хотя неблагоприятные тенденции нарастают, государственные программы отселения практически свернуты. Общая площадь Украины, загрязненная цезием-137 (по стронцию и плутонию результатов как не было, так и нет) более 1 Ки/кв.км, составляют 36 миллионов гектаров, более 5 Ки/ кв.км - 470 тысяч гектаров, более15 Ки/ кв.км - 75 тысяч гектаров.
Радионуклиды, естественно, попали в моря и реки, просочились в грунтовые воды... Невозможно говорить даже об относительной чистоте Десны и Днепра. Невозможно говорить о безопасности. Растет общая смертность населения Украины - ежегодно на 7-8-9 процентов. До шестидесятипятилетнего возраста не доживают более 38 процентов мужчин и почти 19 процентов женщин (в среднем в Украине мужчины живут на 10 лет меньше, чем женщины). Детская смертность, имея все же тенденцию к снижению, остается очень высокой: более 12 на тысячу новорожденных в 1990 году в США (9, в Швеции - 6). А за последние десять лет - до 1990 года - в возрасте до одного года умерло 116433 ребенка. И сегодня смертность в Украине выше, чем рождаемость. Причин много, и по сей день многие остаются без должного внимания.
1 Радиоактивность и радиация
Радиоактивность - неустойчивость ядер некоторых атомов, проявляющаяся в их способности к самопроизвольным превращениям (распаду), сопровождающимся испусканием ионизирующего излучения или радиацией. Радиация, или ионизирующее излучение - это частицы и гамма-кванты, энергия которых достаточно велика, чтобы при воздействии на вещество создавать ионы разных знаков. Радиацию нельзя вызвать с помощью химических реакций.
Радиоактивность подразделяют на естественную (наблюдается у неустойчивых изотопов, существующих в природе) и искусственную (наблюдается у изотопов, полученных посредством ядерных реакций).
Явление радиоактивности было открыто в
Способность некоторых элементов испускать открытые Беккерелем лучи супруги Кюри назвали радиоактивностью, а вещества, обладающие этой способностью, — радиоактивными веществами.
В настоящее время излучения, возникающие при радиоактивном распаде, называют ионизирующими или ядерными, излучениями. Первое из этих названий связано с одним из главных свойств данных излучений — способностью производить ионизацию в окружающей среде. Однако этой способностью обладают также и рентгеновские лучи и отчасти ультрафиолетовые. Поэтому более точным является название «ядерные излучения».
В данный момент оно широко используется в науке, технике, медицине, промышленности. Радиоактивные элементы естественного происхождения присутствуют повсюду в окружающей человека среде. В больших объемах образуются искусственные радионуклиды, главным образом в качестве побочного продукта на предприятиях оборонной промышленности и атомной энергетики. Попадая в окружающую среду, они оказывают воздействия на живые организмы, в чем и заключается их опасность. Для правильной оценки этой опасности необходимо четкое представление о масштабах загрязнения окружающей среды, о выгодах, которые приносят производства, основным или побочным продуктом которых являются радионуклиды, и потерях, связанных с отказом от этих производств, о реальных механизмах действия радиации, последствиях и существующих мерах защиты.
2 Основные термины и понятия радиоактивности
2.1 Виды радиоактивных излучений
Радиоактивное излучение бывает трех типов: альфа-, бета- и гамма-излучение.
Альфа-частицы: относительно тяжелые, положительно заряженные частицы, представляющие собой ядра гелия. Альфа-излучение отклоняется электрическим и магнитным полями, обладает высокой ионизирующей и малой проникающей способностью (например, поглощается слоем алюминия толщиной примерно 0,05 мм.). Эта поток ядер гелия.
Бета-частицы - это просто электроны. Бета-излучение отклоняется электрическим и магнитным полями. Его ионизирующая способность значительно меньше (примерно на два порядка), а поглощающая, гораздо больше (поглощается слоем алюминия толщиной примерно 2 мм), чем у альфа-частиц. Это поток электронов или позитронов. Коэффициент поглощения бета-излучения, которое сильно рассеивается в веществе, зависит не только от свойств вещества, но и от размеров и формы тела, на которое падает бета-излучение.
Гамма-излучение имеет ту же электромагнитную природу, что и видимый свет, однако обладает гораздо большей проникающей способностью. Гамма-излучение не отклоняется электрическим и магнитным полями, обладает относительно слабой ионизирующей способностью и очень большой проникающей способностью (например, проходит через слой свинца толщиной 5 см). При прохождении через кристаллическое вещество наблюдается дифракция гамма-излучения. Гамма-излучение — это коротковолновое электромагнитное излучение с чрезвычайно малой длиной волны — меньше 10^-10 м. Многие радиоактивные процессы сопровождаются излучением гамма-квантов.
Нейтроны - электрически нейтральные частицы, возникают главным образом непосредственно вблизи работающего атомного реактора, куда доступ, естественно, регламентирован. Рентгеновское излучение подобно гамма-излучению, но имеет меньшую энергию. Кстати, наше Солнце - один из естественных источников рентгеновского излучения, но земная атмосфера обеспечивает от него надежную защиту.
В начальный период исследования радиоактивного излучения приходилось иметь дело с проникающим рентгеновским излучением, распространяющимся в воздухе. Поэтому в качестве количественной меры излучения многие годы применяли результат измерений ионизации воздуха вблизи рентгеновских трубок и аппаратов. Позднее была установлена экспозиционная доза — количественная характеристика ионизирующею излучения. Единица экспозиционной дозы — рентген (Р), 1Р == 2'109 пар ионов в 1 см3 воздуха при атмосферном давлении. В практической дозиметрии часто применяется мощность экспозиционной дозы, равная экспозиционной дозе в единицу времени.
Изучение последствий облучения живого организма привело к заключению, что радиобиологический 'эффект зависит не только от поглощенной дозы, т. е. энергии, переданной облученному веществу, но и от других факторов. При одной и той же поглощенной дозе радиобиологический эффект тем выше, чем мощнее ионизация, создаваемая излучением. Для количественной оценки такого влияния вводится понятие эквивалентной дозы. Единица эквивалентной дозы — зиверт (Зв), названная в честь известного шведского радиобиолога Г.Р, Зиверта. Иногда используется другая единица эквивалентной дозы — бэр (13в =100бэр).
Заряженные частицы очень сильно взаимодействуют с веществом, поэтому, с одной стороны, даже одна альфа-частица при попадании в живой организм может уничтожить или повредить очень много клеток, но, с другой стороны, по той же причине, достаточной защитой от альфа- и бета-излучения является любой, даже очень тонкий слой твердого или жидкого вещества - например, обычная одежда (если, конечно, источник излучения находится снаружи).
Следует различать радиоактивность и радиацию. Источники радиации - радиоактивные вещества или ядерно-технические установки (реакторы, ускорители, рентгеновское оборудование и т.п.) – могут существовать значительное время, а радиация существует лишь до момента своего поглощения в каком-либо веществе.
2.2 Единицы измерения радиоактивности
Мерой радиоактивности служит активность. Измеряется в Беккерелях (Бк), что соответствует 1 распаду в секунду. Содержание активности в веществе часто оценивают на единицу веса вещества (Бк/кг) или объема (Бк/куб.м). Также встречается еще такая единица активности, как Кюри (Ки). Это - огромная величина: 1 Ки = 37000000000 Бк. Активность радиоактивного источника характеризует его мощность. Так, в источнике активностью 1 Кюри происходит 37000000000 распадов в секунду.
Как было сказано выше, при этих распадах источник испускает ионизирующее излучения. Мерой ионизационного воздействия этого излучения на вещество является экспозиционная доза. Часто измеряется в Рентгенах (Р). Поскольку 1 Рентген - довольно большая величина, на практике удобнее пользоваться миллионной (мкР) или тысячной (мР) долями Рентгена.
Действие распространенных бытовых дозиметров основано на измерении ионизации за определенное время, то есть мощности экспозиционной дозы. Единица измерения мощности экспозиционной дозы - микроРентген/час. Мощность дозы, умноженная на время, называется дозой. Мощность дозы и доза соотносятся так же как скорость автомобиля и пройденное этим автомобилем расстояние (путь). Для оценки воздействия на организм человека используются понятия эквивалентная доза и мощность эквивалентной дозы. Измеряются, соответственно, в Зивертах (Зв) и Зивертах/час. В быту можно считать, что 1 Зиверт = 100 Рентген. Необходимо указывать на какой орган, часть или все тело пришлась данная доза.
Можно показать, что упомянутый выше точечный источник активностью 1 Кюри (для определенности рассматриваем источник цезий-137) на расстоянии 1 метр от себя создает мощность экспозиционной дозы приблизительно 0,3 Рентгена/час, а на расстоянии 10 метров - приблизительно 0,003 Рентгена/час. Уменьшение мощности дозы с увеличением расстояния от источника происходит всегда и обусловлено законами распространения излучения.
2.3 Изотопы и период полураспада
В таблице Менделеева более 100 химических элементов. Почти каждый из них представлен смесью стабильных и радиоактивных атомов, которые называют изотопами данного элемента. Известно около 2000 изотопов, из которых около 300 - стабильные. Например, у первого элемента таблицы Менделеева - водорода - существуют следующие изотопы:
водород Н-1 (стабильный), дейтерий Н-2 (стабильный), тритий Н-3 (радиоактивный, период полураспада 12 лет). Радиоактивные изотопы обычно называют радионуклидами.
Период полураспада Т1/2 – время, за которое исходное число радиоактивных ядер в среднем уменьшается вдвое.
Число радиоактивных ядер одного типа постоянно уменьшается во времени благодаря их распаду. Скорость распада принято характеризовать периодом полураспада: это время, за которое число радиоактивных ядер определенного типа уменьшится в 2 раза. Абсолютно ошибочной является следующая трактовка понятия "период полураспада": "если радиоактивное вещество имеет период полураспада 1 час, это значит, что через 1 час распадется его первая половина, а еще через 1 час - вторая половина, и это вещество полностью исчезнет (распадется)".
Для радионуклида с периодом полураспада 1 час это означает, что через 1 час его количество станет меньше первоначального в 2 раза, через 2 часа - в 4, через 3 часа - в 8 раз и т.д., но полностью не исчезнет никогда. В такой же пропорции будет уменьшается и радиация, излучаемая этим веществом. Поэтому можно прогнозировать радиационную обстановку на будущее, если знать, какие и в каком количестве радиоактивные вещества создают радиацию в данном месте в данный момент времени.
У каждого радионуклида - свой период полураспада, он может составлять как доли секунды, так и миллиарды лет. Важно, что период полураспада данного радионуклида постоянен, и изменить его невозможно.
Образующиеся при радиоактивном распаде ядра, в свою очередь, также могут быть радиоактивными. Так, например, радиоактивный радон-222 обязан своим происхождением радиоактивному урану-238.
Иногда встречаются утверждения, что радиоактивные отходы в хранилищах полностью распадутся за 300 лет. Это не так. Просто это время составит примерно 10 периодов полураспада цезия-137, одного из самых распространенных техногенных радионуклидов, и за 300 лет его радиоактивность в отходах снизится почти в 1000 раз, но, к сожалению, не исчезнет.
3 Источники радиоактивных излучений
Воздействие на человека тех или иных источников радиации поможет оценить следующая диаграмма (по данным А.Г.Зеленкова, 1990).
Рисунок 1 – Источники радиоактивности
3.1 Естественные источники радиоактивности
Основную часть облучения население Земли получает от естественных источников радиоактивного излучения. Большинство из них таковы, «по избежать облучения от них совершенно невозможно. На протяжении всей истории существования Земли разные виды излучения падают на ее поверхность из космоса и поступают от радиоактивных веществ, находящихся в земной коре. Человек подвергается облучению двумя путями. Радиоактивные вещества могут находиться вне организма и облучать его снаружи; в этом случае говорят о внешнем облучении. Или же они могут оказаться в воздухе, которым дышит человек, в пище или воде и попасть внутрь организма. Такой способ облучения называют внутренним. Облучению от естественных источников радиации подвергается любой житель Земли, однако одни из них получают большие дозы, чем другие. Это зависит, в частности, от того, где они живут. Уровень радиации в некоторых местах земного шара, где залегают радиоактивные породы, оказывается значительно выше среднего, а в других местах - соответственно ниже.
Доза облучения зависит, кроме того, от условий жизни людей. Применение некоторых строительных маршалов, использование газа для приготовления пищи, открытых угольных жаровень, герметизация помещений и даже полеты на самолетах — все эти сказывается на уровне облучения за счет естественных источников радиации. Земные источники радиации в сумме ответственны за большую часть облучения, которому подвергается человек за счет естественной радиации. В среднем они дают более 5/6 годовой эквивалентной дозы. получаемой населением в основном вследствие внутреннего облучения. Остальную часть вносят космические лучи, главным образом путем внешнего облучения. Рассмотрим вначале некоторые данные о внешнем облучении от источников космического происхождения.
Космические лучи. Естественный радиационный фон, создаваемый космическими лучами, дает чуть меньше половины внешнего облучения, получаемого населением от естественных источников радиации. Космические лучи в основном приходят к нам из глубин Вселенной, но некоторая их часть рождается на Солнце во время солнечных вспышек- Космические лучи могут достигать поверхности Земли или взаимодействовать с ее атмосферой, порождая вторичное излучение и приводя к образованию различных радионуклидов. Нет такого места на Земле, куда бы не падали невидимые космические лучи. Но одни участки земной поверхности более подвержены их действию, чем другие. Северный и Южный полюсы получают больше радиации, чем экваториальные области, из-за наличия у Земли магнитного ноля, отклоняющего заряженные частицы, из которых в основном и состоят космические лучи.
Существеннее, однако, то, что уровень облучения растет с высотой, поскольку при этом над нами остается все меньше воздуха, играющего роль защитного экрана. Люди, живущие на уровне моря, получают в среднем из-за космических лучей эквивалентную дозу около 300 мкЗв/год; для людей же, живущих выше 2000м над уровнем моря, эта величина в несколько раз больше.
Еще более интенсивному, хотя и относительно непродолжительному облучению, подвергаются экипажи и пассажиры самолетов. При подъеме с высоты 4000м (максимальная высота, на которой расположены поселения людей: деревни шерпов на склонах Эвереста) до 12 000м (максимальная высота полета трансконтинентальных авиалайнеров) уровень облучения за счет космических лучей возрастает примерно в 25 раз и продолжает расти при дальнейшем увеличении высоты до 20 000м (максимальная высота полета сверхзвуковых реактивных самолетов) и выше. При перелете из Нью-Йорка в Париж пассажир обычного турбореактивного самолета получает дозу около 50 мкЗв, а пассажир сверхзвукового самолета на 20% меньше, хотя подвергается более интенсивному облучению. Это объясняется тем, что во втором случае перелет занимает гораздо меньше времени.
Земные радиоактивные источники излучения. Основные радиоактивные изотопы, встречающиеся в горных породах Земли — это калий-40, ру6идий-Я7 и изотопы двух радиоактивных семейств, берущих начало соответственно от урана-238 и тория-232 — долгоживущих изотопов, входящих в состав Земли с самого ее рождения. Разумеется, уровни земной радиации неодинаковы для разных мест земного шара и зависят от концентрации радионуклидов в том или ином участке земной коры. В местах проживания основной массы населения они примерно одного порядка. Мощность эквивалентной дозы естественного радиоактивного фона на Земле составляет в среднем 1м3в/год, или около 0,12мк3в/час. Для сравнения укажем, что просмотр одного хоккейного матча по телевизору дает дозу около 0,01мк3в.
Облучение в 5м3в за год (или 0,5—0,6 мкЗв/час) считается допустимым для населения (для персонала АЭС — в 10 раз больше), гак же, как и разовая доза 0,1—0,2 Зв при аварийном облучении.
При получении однократной дозы, начиная с 0,5 Зв, наблюдается кратковременное изменение состава крови и нарушение работы желудочно-кишечного тракта. При дозе в 1 Зв и более развиваются симптомы лучевой болезни различной степени тяжести- Доза в 4,5 38 является половинной летальной дозой, т. е. при ее получении погибает 50% облученных, а доза б Зв безусловно смертельна.
Согласно исследованиям, проведенным во Франции, ФРГ, Италии, Японии и США, примерно 95% населения этих стран живет в местах, где мощность дозы облучения в среднем составляет от 0,3 до 0,6 мЗв/год. Некоторые П1уппы населения получают значительно большие дозы облучения: около 3% получает в среднем 1 мЗв/год, а примерно 1,5% — более 1,4 мЗв/год.
Есть, однако, такие места, где уровни земной радиации намного выше. Например, на небольшой возвышенности, расположенной в 200 км от Сан-Паулу в Бразилии, уровень радиации в ЯОО раз превосходна средний и достигает примерно 251 мЗв/год. По каким-то причинам возвышенность оказалась необитаемой. Лишь чуть меньшие уровни радиации были зарегистрированы на морском курорте Гуарапари с населением примерно 12000 человек, расположенном в 600км к востоку от этой возвышенности. Каждое лето Гуарапари становится местом отдыха примерно 30000 курортников. На отдельных участках его пляжей зарегистрирован уровень радиации 175 мЗв/год. Радиация на улицах города намного ниже — от 8 до 15 мЗв/год, ио все же значительно превышает средний уровень.
Сходная ситуация наблюдается в рыбацкой деревушке Меаипе, расположенной в 50 км к югу от Гуарапари. Оба населенных пункта стоят на песках, богатых торием.
В другой части земного шара на юго-западе Индии 70000 человек живут на узкой прибрежной полосе длиной 55км, вдоль которой также тянутся пески, богатые торием. Исследования, охватившие 8513 человек из числа проживающих на этой территории, показали, что данная группа лиц получает в среднем 3,8м3в/год на человека. Из них более 500 человек получают свыше 8,7м3в/год. Около шестидесяти человек получают годовую дозу, превышающую 17м3в/год, что существенно превышает годовую дозу внешнего облучения от земных источников радиации.
Территории в Бразилии и Индии — наиболее хорошо изученные «горячие точки» нашей планеты. Но в Иране, например в районе городка Рамсер, где бьют ключи, богатые радием, были зарегистрированы уровни радиации 400 мЗв/год. Известны и другие места на земном шаре с высоким уровнем радиации, например во Франции, Нигерии, на Мадагаскаре.
Источники внутреннего облучения. В среднем примерно 2/3 эффективной эквивалентной дозы облучения, которую человек получает от естественных источников радиации, поступает от радиоактивных веществ, попавших в организм с пищей, водой и воздухом. Совсем небольшая часть этой дозы приходится на радиоактивные изотопы типа углерода-14 и трития, которые образуются под действием космических лучей- Все остальное поступает от источников земного происхождении. В среднем человек получает около 180 мкЗв/год за счет калия-40, который усваивается организмом вместе с нерадиоактивными изотопами калия, необходимыми для жизнедеятельности организма.
Значительно большую дозу внутреннего облучения человек получает от нуклидов радиоактивного ряда урана-238 и в меньшей степени — от радионуклидов ряда тория-232. Некоторые из них, например нуклиды свинца и полония, поступают в организм с пищей. Они концентрируются в рыбе и моллюсках, поэтому люди. потребляющие мною рыбы и других даров моря. могут получить относительно высокие дозы облучения.
Десятки тысяч людей на Крайнем Севере питаются а основном мясом северного оленя (карибу), в котором радиоактивные изотопы свинца я полония присутствуют в довольно высокой концентрации- Особенно велико содержание полония-210. Эти изотопы попадают в организм оленей зимой, когда они питаются лишайниками, в которых накапливаются оба изотопа. Дозы внутреннего облучения человека от полония-210 в этих случаях могут в 35 раз превышать средний уровень.
В другом земном полушарии люди, живущие в Западной Австралии в местах с повышенной концентрацией урана, получают дозы облучения, в 75 раз превосходящие средний уровень, поскольку едят мясо и требуху овец и кенгуру. Прежде чем попасть в организм человека, радиоактивные вещества, как и в рассмотренных выше случаях, проходят по сложным маршрутам в окружающей среде, и это приходится учитывать при оценке доз облучения, полученных от какого-либо источника.
3.2 Искусственные источники радиоактивного излучения
За последние несколько десятилетий человек создал сотни искусственных радионуклидов и научился использовать энергию атома в самых разных целях: в медицине, для создания атомного оружия, для производства энергии и обнаружения пожаров, для изготовления светящихся циферблатов часов и поиска полезных ископаемых. Все это приводит к увеличению дозы облучения Как отдельных людей, так и населения Земли в целом. Индивидуальные дозы, получаемые равными людьми от искусственных источников радиации, сильно различаются- В большинстве случаев эти дозы весьма невелики, но иногда облучение за счет техногенных источников оказывается во много тысяч раз интенсивнее, чем за счет естественных. Как правило, для техногенных источников радиации упомянутые различия выражены гораздо сильнее, чем для естественных. Кроме того, порождаемое им излучение обычно легче контролировать, хотя облучение, связанное с радиоактивными осадками от ядерных взрывов, почти так же невозможно контролировать, как и облучение, обусловленное космическими лучами или земными источниками.
Техногенная радиоактивность возникает вследствие человеческой деятельности. Осознанная хозяйственная деятельность, в процессе которой происходит перераспределение и концентрирование естественных радионуклидов, приводит к заметным изменениям естественного радиационного фона. Сюда относится добыча и сжигание каменного угля, нефти, газа, других горючих ископаемых, использование фосфатных удобрений, добыча и переработка руд.
Такой вид транспорта, как гражданская авиация, подвергает своих пассажиров повышенному воздействию космического излучения.
И, конечно, свой вклад дают испытания ядерного оружия, предприятия атомной энергетики и промышленности. Безусловно, возможно и случайное (неконтролируемое) распространение радиоактивных источников: аварии, потери, хищения, распыление и т.п. Таки ситуации, к счастью, очень редки. Кроме того, их опасность не следует преувеличивать.
4 Биологическое воздействие радиоактивного излучения
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 радиочувствительны.
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.
В отдалённые сроки могут наблюдаться и генетические (врождённые уродства, нарушения, передающиеся по наследству), повреждения, которые наряду с опухолевыми эффектами являются стохастическими. В основе генетических эффектов облучения лежит повреждение клеточных структур, ведающих наследственностью – половых яичников и семенников.
Промежуточное место между соматическими и генетическими повреждениями занимают эмбриотоксические эффекты - пороки развития – последствия облучения плода. Плод весьма чувствителен облучению, особенно в период органогенеза (на 4-12 неделях беременности у человека). Особенно чувствительным является мозг плода (в этот период происходит формирование коры).
Эффект облучения, как было сказано, зависит от величины поглощённой дозы и пространственно-временного распределения её в организме. Облучение может вызвать повреждения от незначительных, не дающих клинической картины, до смертельных. Однократное острое, пролонгированное, дробное, хроническое облучение в дозе, отличной от нуля, по современным представлениям, может увеличить риск отдалённых стохастических эффектов – рака и генетических нарушений.
Таблица 1 - Риск и ожидаемое число смертей от опухолей и наследственных дефектов в результате облучения.
| Критический орган | Заболевание | Риск, 10-2 Зв-1 | Число случаев, 104 чел.-Зв |
| Всё тело, красный костный мозг | Лейкемия | 0,2 | 20 |
| Щитовидная железа | Рак щитовидной железы | 0,05 | 5 |
| Молочная железа | Рак молочной железы | 0,25 | 25 |
| Скелет | Опухоли костной ткани | 0,05 | 5 |
| Лёгкие | Опухоли лёгких | 0,2 | 20 |
| Все остальные органы и ткани | Опухоли других органов | 0,5 | 50 |
| Все органы и ткани | Все злокачественные опухоли | 1,25 | 125 |
| Половые железы | Наследственные деффекты | 0,4 | 40 |
| Всего | | 1,65 | 165 |
По степени биологического действия радионуклиды как потенциальные источники внутреннего облучения разделены на пять групп.
Таблица 2 - Группы радиотоксичности
| № | Группы | Тип радионуклидов | Ср.годовая допустимая концентрация |
| 1 | Группа А | Радионуклиды особо высокой радиотоксичности. К данной группе относятся радиоактивные изотопы: свинец-210, полоний-210, радий-226, то-рий-230, уран-232, плутоний-238 и др. | Среднегодовая допустимая концентрация (Ки/л) для них в воде установлена в пределах Х*(1—10-10). |
| 2 | Группа Б | Радионуклиды с высокой радиотоксичностью. Сюда относятся изотопы: рутений-106, йод-131, церий-144, висмут-210, торий-234, уран-235, плутоний-241 и др. К этой же группе отнесен стронций-90, для которого указанная концентрация равна 4*10ˉ10. | Среднегодовая допустимая концентрация в воде равна Х*(10-7—10-9) |
| 3 | Группа В | Радионуклиды со средней радиотоксичностью. В группу включены изотопы: натрий-22, фосфор-32, сера-35, хлор-36, кальций-45, железо-59, кобальт-60, стронций-89, иттрий-90, молибден-99, сурьма-125, цезий-137, барий-140, золото-196 и др. | Среднегодовая допустимая концентрация в воде установлена Х*(10-2-10-8) Ки/л. |
| 4 | Группа Г | Радионуклиды с наименьшей радиотоксичностью. В группу входят следующие изотопы: бериллий-7, углерод-14,фтор-18, хром-51, железо-55, медь-64, теллур-129, платина-197, ртуть-197, таллий-200 и др. | Среднегодовая допустимая концентрация их в воде равна Х*(10-6—10-7) Ки/л. |
5 Воздействие атомных электростанций на окружающую среду
Техногенные воздействия на окружающую среду при строительстве и эксплуатации атомных электростанций многообразны. Обычно говорят, что имеются физические, химические, радиационные и другие факторы техногенного воздействия эксплуатации АЭС на объекты окружающей среды.
Наиболее существенные факторы:
- локальное механическое воздействие на рельеф - при строительстве,
- повреждение особей в технологических системах - при эксплуатации,
- сток поверхностных и грунтовых вод, содержащих химические и радиоактивные компоненты,
- изменение характера землепользования и обменных процессов в непосредственной близости от АЭС,
- изменение микроклиматических характеристик прилежащих районов.
Возникновение мощных источников тепла в виде градирен, водоемов - охладителей при эксплуатации АЭС обычно заметным образом изменяет микроклиматические характеристики прилежащих районов. Движение воды в системе внешнего теплоотвода, сбросы технологических вод, содержащих разнообразные химические компоненты оказывают травмирующее воздействие на популяции, флору и фауну экосистем.
Особое значение имеет распространение радиоактивных веществ в окружающем пространстве. В комплексе сложных вопросов по защите окружающей среды большую общественную значимость имеют проблемы безопасности атомных станций (АЭС), идущих на смену тепловым станциям на органическом ископаемом топливе. Общепризнанно, что АЭС при их нормальной эксплуатации намного - не менее чем в 5-10 раз "чище" в экологическом отношении тепловых электростанций (ТЭС) на угле. Однако при авариях АЭС могут оказывать существенное радиационное воздействие на людей, экосистемы. Поэтому обеспечение безопасности экосферы и защиты окружающей среды от вредных воздействий АЭС - крупная научная и технологическая задача ядерной энергетики, обеспечивающая ее будущее.
Отметим важность не только радиационных факторов возможных вредных воздействий АЭС на экосистемы, но и тепловое и химическое загрязнение окружающей среды, механическое воздействие на обитателей водоемов-охладителей, изменения гидрологических характеристик прилежащих к АЭС районов, т.е. весь комплекс техногенных воздействий, влияющих на экологическое благополучие окружающей среды.
6 Система нормирования загрязнения окружающей среды
В Российском законодательстве имеются документы, определяющие обязанности и ответственность организаций по сохранности, защите окружающей среды. Такие акты, как Закон об охране окружающей природной среды, Закон о защите атмосферного воздуха, Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами играют определенную роль в сбережении экологических ценностей. Однако в целом эффективность природоохранных мероприятий в стране, мер по предотвращению случаев высокого или даже экстремально- высокого загрязнения окружающей среды оказывается очень низкой.
Природные экосистемы обладают широким спектром физических, химических и и биологических механизмов нейтрализации вредных и загрязняющих веществ. Однако при превышении значений критических поступлений таких веществ, возможно наступление деградационных явлений - ослабление выживаемости, снижение репродуктивных характеристик, уменьшение интенсивности роста, двигательной активности особей. В условиях живой природы, постоянной борьбы за ресурсы такая потеря жизнестойкости организмов грозит потерей ослабленной популяции, за которой может развиться цепь потерь других взаимодействующих популяций. Критические параметры поступления веществ в экосистемы принято определять с помощью понятия экологических емкостей. Экологическая емкость экосистемы - максимальная вместимость количества загрязняющих веществ, поступающих в экосистему за единицу времени, которая может быть разрушена, трансформирована и выведена из пределов экосистемы или депонирована за счет различных процессов без существенных нарушений динамического равновесия в экосистеме. Типичными процессами, определяющими интенсивность "перемалывания" вредных веществ, являются процессы переноса, микробиологического окисления и биоседиментации загрязняющих веществ. При определении экологической емкости экосистем должны учитываться как отдельные канцерогенные и мутагенные эффекты воздействий отдельных загрязнителей, так и их усилительные эффекты из-за совместного, сочетанного действия.
Какой же диапазон концентраций вредных веществ надлежит контролировать? Приведем примеры предельно допустимых концентраций вредных веществ, которые будут служить ориентирами в анализе возможностей радиационального мониторинга окружающей среды. В основном нормативном документе по радиационной безопасности - Нормах радиационной безопасности (НРБ-76/87) даны значения предельно-допустимых концентраций радиоактивных веществ в воде и воздухе для профессиональных работников и ограниченной части населения. Данные по некоторым важным, биологически активным радионуклидам приведены в таблице.
Таблица 3 - Значения допустимых концентраций для радионуклидов.
| Нуклид, N | Период полураспада, Т1/2 лет | Выход при делении урана, % | Допустимая концентрация, Ku/л | Допустимая концентрация | ||
| | | | в воздухе | в воздухе | в воздухе, Бк/м3 | в воде, Бк/кг |
| Тритий-3 (окись) | 12,35 | - | 3*10-10 | 4*10-6 | 7,6*103 | 3*104 |
| Углерод-14 | 5730 | - | 1,2*10-10 | 8,2*10-7 | 2,4*102 | 2,2*103 |
| Железо-55 | 2,7 | - | 2,9*10-11 | 7,9*10-7 | 1,8*102 | 3,8*103 |
| Кобальт-60 | 5,27 | - | 3*10-13 | 3,5*10-8 | 1,4*101 | 3,7*102 |
| Криптон-85 | 10,3 | 0,293 | | | 3,5*102 | 2,2*103 |
| Стронций-90 | 29,12 | 5,77 | 4*10-14 | 4*10-10 | 5,7 | 4,5*101 |
| Иод-129 | 1,57*10+7 | - | 2,7*10-14 | 1,9*10-10 | 3,7 | 1,1*101 |
| Иод-131 | 8,04 сут | 3,1 | 1,5*10-13 | 1*10-9 | 1,8*101 | 5,7*101 |
| Цезий-135 | 2,6*10+6 | 6,4 | | | 1,9*102 | 6,3*102 |
| Свинец-210 | 22,3 | - | 2*10-15 | 7,7*10-11 | 1,5*10-1 | 1,8 |
| Радий-226 | 1600 | - | 8,5*10-16 | 5,4*10-11 | 8,6*10-3 | 4,5 |
| Уран-238 | 4,47*10+9 | - | 2,2*10-15 | 5,9*10-10 | 2,8*101 | 7,3*10-1 |
| Плутоний-239 | 2,4*10+4 | - | 3*10-17 | 2,2*10-9 | 9,1*10-3 | 5 |
Видно, что все вопросы защиты окружающей среды составляют единый научный, организационно - технический комплекс, который следует называть экологической безопасностью.
Заключение
От источника радиации защищаются временем, расстоянием и веществом.
Временем - вследствие того, что чем меньше время пребывания вблизи источника радиации, тем меньше полученная от него доза облучения. Расстоянием - благодаря тому, что излучение уменьшается с удалением от компактного источника (пропорционально квадрату расстояния). Если на расстоянии 1 метр от источника радиации дозиметр фиксирует 1000 мкР/час, то уже на расстоянии 5 метров показания снизятся приблизительно до 40 мкР/час. Веществом - необходимо стремиться, чтобы между Вами и источником радиации оказалось как можно больше вещества: чем его больше и чем оно плотнее, тем большую часть радиации оно поглотит.
Характерные антропогенные радиационные воздействия на окружающую среду:
· загрязнение атмосферы и территорий продуктами ядерных взрывов при испытаниях ядерного оружия
· отравление воздушного бассейна выбросами пыли, загрязнение территорий шлаками, содержащими радиоактивные вещества при сжигании ископаемых топлив в котлах электростанций,
· загрязнение территорий при авариях на атомных станциях и предприятиях.
Более локальные, но не менее неприятные последствия - гибель озер, рек из-за неочищенных радиоактивных сбросов промышленных предприятий.
Значительную опасность для живых существ, для популяций организмов в экосистемах представляют аварии на предприятиях химической, атомной промышленности, при транспортировании опасных и вредных веществ. Известные аварии на химическом заводе в Бхопале (Индия), на Чернобыльской АЭС, на ПО «Маяк», аварии с нефтеналивными судами и.д. говорят о том, что необходим радикальный пересмотр наших отношений с природой, усиление мер воздействия нормативных рычагов на хозяйственную практику. Совершенно недопустимо, чтобы установленные нормативами предельные концентрации вредных веществ в воздухе, воде реально превышались в сотни раз. Нужно сделать невыгодным или даже разорительным пренебрежение к охране окружающей среды. Право людей на чистый воздух, чистые реки и озера должно не только декларироваться, но и реально обеспечиваться всеми доступными для государства средствами.
Особо актуальными становится вопросы регулирования ответственности за ущерб, в том числе за экологический ущерб при создании в нашей стране основ правового государства, при переходе к рыночным отношениям в экономике. Здесь важно найти разумные экономические рычаги, правильно соотносить выгоды и потери, доходы и расходы на компенсацию ущерба. Важной задачей является разработка вопросов нормативного разграничения допустимых и недопустимых воздействий, оценивания стоимости экологического ущерба.
Основными направлениями в ограничении вредных техногенных воздействий на биосферу являются ресурсосбережение и разработка экологически чистых или безотходных технологий. Чистоту вод можно улучшить методами биотехнологии. Радикальный путь оздоровления экологической обстановки - сокращение вредных выбросов и сбросов, увеличение безаварийности и безопасности опасных производств, переход на безотходные технологии, концентрация и надежное захоронение вредных отходов, разумное сотрудничество и международная взаимопомощь при экологических катастрофах.
В работе по оздоровлению окружающей среды, ограничению воздействий вредных веществ на биосферу важную роль играют службы контроля состояния природы, среды обитания людей, локального и регионального мониторинга окружающей среды. Эти службы, вооруженные современной измерительной техникой и приборами контроля должны оперативно оповещать население о всех случаях приближения параметров окружающей среды к опасному уровню. Важную роль в защите среды обитания человека от загрязнения должна сыграть глобальна система мониторинга состояния окружающей среды, охватывающая Мировой океан и все континенты, основанная на национальных системах, но находящаяся под эгидой ООН. В сокращении выбросов углекислого газа, разрешении многих экологических проблем все более существенную роль играет замещение традиционной энергетики на энергетику атомную. В настоящее время общепризнанно, что атомные электростанции могут быть созданы с высокими показателями надежности и безопасности, обеспечивающими выполнение самых строгих требований надзорных органов, в том числе по охране биосферы от загрязнения радиоактивными и другими вредными веществами. Однако следует предпринять дополнительные усилия для того, чтобы снизить риск аварий на АЭС. В частности решение этой задачи видится на пути разработки нового поколения реакторов с внутренне присущей безопасностью, т.е. реакторов с мощными внутренними обратными связями самозащиты и самокомпенсации.
Список использованных источников
1. “Вредные химические вещества. Радиоактивные вещества. Справочник.” Под общ. ред. Л.А.Ильина, В.А.Филова. Ленинград, “Химия”. 1990.
2. "Окружающая среда и человек", Д. Никитин, Ю. Новиков, 1986 г.
3. "Проблемы всестороннего анализа окружающей среды и принципы комплексного мониторинга", Ю.А. Израэль, Ленинград, 1988 г.
4. Усманов С.М. Радиация: Справочные материалы. М.: Гуманит. изд. центр Владос, 2001, 176 с.
5. "Охрана окружающей среды при эксплуатации АЭС", В.В. Бадев, Ю.А. Егоров, С.В. Казаков, Москва, Энергоатомиздат, 1990 г.
6. Пивоваров Ю.П. Михалев В.П. Радиационная экология: Учебное пособие. – М.: Академия, 2004. – 240 с.
