Радиоактивное загрязнение окружающей среды

Радиоактивное загрязнение окружающей среды

22

ПЛАН

Общие положения…………………………………………………………….3

Источники радиоактивных излучений и их характеристика………………4

Космическое излучение………………………………………………………5

Излучение от рассеянных естественных радионуклидов…………………..6

Техногенно-измененный радиационный фон……………………………….6

Искусственные радионуклиды……………………………………………….7

Воздействие ионизирующих излучений на организм………………………9

Возможные последствия облучения людей………………………………..12

Принципы радиационной безопасности……………………………………15

Воздействие на окружающую среду предприятий ядерного топливно-энергетического цикла…………………………………………………………...19

Заключение…………………………………………………………………...22

Список литературы…………………………………………………………..23

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Особое место среди загрязняющих окружающую среду агентов зани-мают радиоактивные вещества. Внимание к нему сильно возросло после аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 г. и ряда инцидентов на других гражданских и военных объектах с ядерным топливом.

Радиоактивность - самопроизвольное превращение (распад) ядер элементов, приводящее к изменению их атомного номера или массового числа.

Радиоактивное излучение как самопроизвольное испускание лучей - это естественный процесс, существовавший задолго до образования Земли.

Радиоактивное излучение является частью более общего понятия - ионизирующее излучение.

Ионизирующее излучение - это поток корпускулярной (б-частиц, электронов, протонов, нейтронов и др.) и (или) электромагнитной (рентгеновские, г-лучи) энергии, связанной с прямым или косвенным возникновением ионов.

Радиоактивные препараты испускают б- и в-частицы, г- и тормозное излучение и нейтроны.

Вот уже более 100 лет с момента случайных открытий Вильгельмом Рентгеном рентгеновских лучей в 1885 г. и Анри Беккерелем самопроиз-вольного излучения урана в 1886 г. ядерные исследования стали важнейшим направлением науки, а радио-нуклиды нашли применение в самых различных сферах деятельности людей.

б-лучи были идентифицированы как ядра атома гелия, в-лучи пред-ставляют поток электронов, а г-лучи - это поток квантов большой энергии, характеризуемых частотой соответствующего волнового процесса.

г-лучи отличаются от рентгеновских, возникающих при торможении быстрых электронов в рентгеновских трубках и ускорителях, лишь механизмом образования. Основными свойствами ионизирующих излучений явля-ются проникающая и ионизирующая способность.

Проникающая способность характеризуется путем пробега частицы в среде. Она максимальна для г-лучей и минимальна для б-лучей.

Ионизирующая способность характеризует количество ионов, обра-зующихся при движении частицы в среде на единицу расстояния. Она, на-против, максимальна для тяжелых б-частиц и минимальна для г-излучения.

Чистые радиоактивные элементы испускают б- или в-лучи, сопрово-ждаемые чаще всего г-излучением. Испускание только г-лучей наблюдается редко.

Интенсивность радиоактивного распада характеризуется активностью.

Активность - это величина, характеризующаяся числом радиоактивных распадов в единицу времени.

dN

A = - ---- = лN,

dt

где:

А - активность, расп/сек;

N - число ядер;

л - постоянная распада, характеризующаяся вероятность распада ядра атома нуклида в единицу времени.

Nt = N0 · exp (-лt)

где: N0 и Nt - число радиоактивных ядер в начальный момент времени и через время t соответственно. В связи с уменьшением со временем числа ядер активность также уменьшается.

Единица активности в системе СИ - Беккерель:

1 Бк = 1 расп/сек

Внесистемная единица активности - активность, создаваемая 1 г ра-дия, называет-ся Кюри:

1 Ки = 3,7 · 1010 расп/сек

ИСТОЧНИКИ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ

И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА

В окружающей нас природной среде насчитывается около 300 радио-нуклидов, как естественных, так и получаемых человеком искусственных. В биосфере Земли содержится более 60 естественных радионуклидов. При работе реакторов образуется около 80, при ядерных взрывах - около 200, промышленностью России выпускается более 140 радионуклидов.

Радиоактивный фон нашей планеты складывается из четырех основ-ных компонентов:

- излучения, обусловленного космическими источниками;

- излучения от рассеянных в окружающей среде первичных радио-нуклидов;

- излучения от естественных радионуклидов, поступающих в окру-жающую среду от производств, не предназначенных непосредст-венно для их получения;

- излучения от искусственных радионуклидов, образованных при ядерных взрывах и вследствие поступления отходов от ядерного топливного цикла и других предприятий, использующих искусст-венные радионуклиды.

Первые два компонента определяют естественный радиационный фон. Третий компонент определяется как техногенно-измененный радиаци-онный фон и формируется, главным образом, за счет выбросов естественных радионуклидов при сжигании органического топлива, поступления их при внесении минеральных (в первую очередь, фосфорных) удобрений и их со-держания в строительных конструкциях и материалах.

КОСМИЧЕСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

Первичные космические частицы, представленные в ос-новном высокоэнергетич-ными протонами и более тяжелыми ядрами, прони-кают до высоты около 20 км над уровнем моря и образуют при взаимодейст-вии с атмосферой вторичное высокоэнергетическое излучение из мезонов, нейтронов, протонов, электронов, фотонов и т.п. Частицы вторичного космического излучения вызывают ряд взаимо-действий с ядрами атомов азота и кислорода, при этом образуются космогенные радионуклиды, воздействию которых подвергается население Земли. К этой категории относится 14 радионуклидов, из них основное значение с точки зрения внутреннего облучения населения имеют 3Н и 14С, внешнего - 7Be, 23Na, 22Na. Интенсивность космического излучения зависит от активности Солнца, географического располо-жения объекта и возрастает с высотой. Для средних широт на уровне моря эффектив-ная эквивалентная доза составит примерно 300 мкЗв/год.

ИЗЛУЧЕНИЕ ОТ РАССЕЯННЫХ

ЕСТЕСТВЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ

Большинство встречающихся в природе первичных радионуклидов относится к продуктам распада урана, тория и актиния (актиноурана), яв-ляющихся родоначальни-ками 3 радиоактивных семейств.

Семейство урана начинается 238U, завершается стабильным изото-пом 206Pb и содержит 17 элементов.

Семейство тория начинается 232Th, завершается 208Pb, содержит 12 элементов.

Семейство актиноурана начинается 235U, завершается 207Pb, со-держит 17 элементов.

Кроме того 12 долгоживущих радионуклидов не входит в состав се-мейств: 40K, 50V, 87Rb, 115In, 123Te, 138La, 144Nd, 147Sm, 176Lu, 180W, 187Re, 190Pt.

Внешнее г-облучение человека от указанных естественных радионук-лидов вне помещений обусловлено их присутствием в компонентах окру-жающей среды. Основной вклад в дозу внешнего облучения дают г-радионуклиды рядов 228Ас, 214Pb, 214Bi, а также 40К.

Внутреннее облучение человека обусловливается радионуклидами, поступающи-ми внутрь организма через легкие, желудочно-кишечный тракт. Наиболее значимыми с точки зрения внутреннего облучение являются 40К, 14C, 210Po, 226Ra, 222Rn, 220Rn.

Расчетные значения годовой эффективной эквивалентной дозы от природных источников для районов с нормальным фоном колеблется от 1 до 2,2 мЗв.

ТЕХНОГЕННО-ИЗМЕНЕННЫЙ РАДИАЦИОННЫЙ ФОН

Техногенный радиационный фон формируется естественными радио-нуклидами, поступающими в окружающую среду в результате использова-ния в производстве при-родных материалов, содержащих радионуклиды. Это сжигание органического топлива, внесение минеральных удобрений, приме-нение светосоставов постоянного действия, использование авиации и т.д. Некоторые технологические процессы могут снижать воздействие природ-ного радиационного фона, например, очистка питьевой воды.

Вклад в облучение населения за счет техногенного радиационного фона вносят содержащиеся в стройматериалах радионуклиды.

В помещениях доза внешнего облучения изменяется в зависимости от соотношения двух конкурирующих факторов: экранирования внешнего из-лучения зда-нием и интенсивности излучения содержащихся в стройматериа-лах радионуклидов. При этом основное значение в формирование дозы вно-сят 40К, 226Ra, 232Th с продуктами распада, содержащимися в стройматериа-лах.

Сжигание органического топлива, в первую очередь, каменного угля является источником выбросов в окружающую среду ряда естественных радионуклидов, таких как 40К, 226Ra, 228Ra, 232Th, 210Po, 210Рb. Отечественные электростанции, работающие на угле с большой зольностью при степенях очистки 90-99% дают значительное количество выбросов этих радионукли-дов, формирующее эффективную эквиваленту дозу в 5-40 раз большую, чем атомные станции аналогичной мощности. Индивидуаль-ная эффективная эквивалентная доза в СССР в 80-х годах от этого источника облучения оце-нивалась около 2 мкЗв/год.

Уровни облучения от использования фосфорных удобрений формируются за счет содержащихся в них 238U, 232Тh, 210Ро, 210Pb, 226Ra, 40К и оце-ниваются эффективной эквивалентной дозой 136 нв/год.

Еще меньший вклад в формирование суммарной эффективной экви-валентной дозы вносят полеты на самолетах и применение содержащих ра-дионуклиды предметов широкого потребления.

ИСКУССТВЕННЫЕ РАДИОНУКЛИДЫ

Искусственные радионуклиды попадают в окружающую среду при испытаниях ядерного оружия и работе предприятий ядерного топливного цикла.

Взрывы ядерных устройств

С 1945 по 1980 г. в атмосфере было испытано 423 ядерных устройст-ва. При этом образовалось и было выброшено в окружающую среду огромное количество радионуклидов. Большая доля глобального радиоактивного за-грязнения окружающей среды обусловлена выпадениями из стратосферы. Средняя продолжительность тропосферных осадков составляет около 30 сут., а территория загрязнения от них - от нескольких сот до тысяч километ-ров.

Считается, что 1 Мт энергии деления соответствует 1,45х1026 делений. Поэтому общая активность Q, Бк, образующихся при взрыве мощностью 1 Мт радионуклидов рассчитывается по формуле:

Q = l,45 · 1026 · k · л,

где:

k - коэффициент выхода нуклида при делении, %;

л - 0,693/т- постоянная распада, 1/сек.

Научный комитет ООН по действию атомной радиации (НКДАР) вы-деляет 21 радионуклид, которые вносят тот или иной вклад в дозу облучения населения. Среди них особо опасными являются 8 радионуклидов. Это (в порядке уменьшения вклада в дозу) 14С, 137Cs, 95Zr, 106Ru, 90Sr, 144Ce, 3H, 131I.

При этом внутреннее облучение организма формируется за счет 14С, 90Sr, 106Ru, 131I, 137Cs, кроме того, выделяются 85Kr, 81Sr, плутоний и транс-плутониевые элементы, поступающие в организм человека с водой, продук-тами питания, воздухом.

Внешнее облучение формируется главным образом такими радионук-лидами, как 95Zr, 95Nb, 106Ru, 103Ru, 140Ba и 137Cs.

Работа предприятий ядерного топливного цикла

В ядерный топливный цикл входят предприятия по добыче урановой и ториевой руд, их переработке, получению топлива для атомных станций и оружейного урана и плутония, регенерации отработанного топлива.

В конце 1995 г. в 26 странах эксплуатировалось более 430 ядерных энергетичес-ких установок, а доля АЭС в производстве электроэнергии со-ставляет до 72% во Франции. Всего в мире на АЭС получают сейчас около 16% производимой в мире энергии. В России доля производимой АЭС элек-троэнергии составляет около 12%.

Выбросы естественных радионуклидов при добыче и переработке урановых и ториевых руд представлены в основном газообразным 222Rn из урановых шахт; твердыми отходами руды из хвостохранилищ, где основная активность формируется долгоживущим 232Тh с продуктами распада, и ура-новыми отходами с обогатительных фабрик, содержащих незначительное количество урана, тория и продуктов их распада.

Считается, что в урановый концентрат переходит 14% суммарной ак-тивности исходной руды, в которой содержится 90% урана.

Обогащение природного урана 235U и изготовление тепловыделяющих элементов сопровождается незначительными выбросами в окружающую среду. Твердые и жидкие отходы при этом изолируются.

Работа ядерного реактора сопровождается большим числом радио-нуклидов - продуктов деления и активации.

Количество и качественный состав радионуклидов, поступающих в окружающую среду, зависит от типа реактора и систем очистки воздуха и сточных вод. В окружаю-щую среду удаляются газообразные отходы после очистки, а также частично аэрозоль-ные и жидкие. Твердые отходы хранятся на площадке с последующим захоронением.

ВОЗДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

НА ОРГАНИЗМ

Все живые организмы на Земле являются объектами воздействия ио-низирующих излучений.

Воздействие ионизирующего излучения на живой организм называется облучением.

Различают внешнее облучение организма (тела) ионизирую-щим излучением, приходящее извне, и внутреннее облучение организма, его органов и тканей излуче-нием содержащихся в них радионукли-дов.

Облучение может быть хроническим, в течение длительного времени, и острым - однократным кратковременным облучением такой интенсивно-сти, при которой имеют место неблагоприятные последствия в состоянии организма.

По степени радиационной опасности с точки зрения потенциальной тяжести последствий внутреннего облучения радионуклиды разделены на группы радиацион-ной опасности. В порядке убывания радиационной опас-ности выделены 4 группы с индексами А, Б, В и Г.

Результатом облучения являются физико-химические и биологиче-ские изменения в организмах. Радиационный эффект является функцией физических характеристик Аi взаимодействия поля излучения с веществом:

з = F(Ai)

Величины Ai называются дозиметрическими. Основной из них явля-ется поглощенная доза D - это средняя энергия, переданная излучением единице массы тела.

Единица поглощенной дозы - Грэй:

1 Гр = 1 Дж/кг

Повреждение тканей связано не только с количеством поглощенной энергии, но и с ее пространственным распределением, характеризуемым линейной плотностью ионизации, или, иначе, линейной передачей энергии (ЛПЭ). Чем выше ЛПЭ, тем больше степень биологического повреждения.

Для учета этого эффекта вводится понятие эквивалентной дозы Н, оп-ределяемой как произведением поглощенной дозы D на коэффициент каче-ства излучения К:

H = D · K

Коэффициент качества излучения К определяется как регламентиро-ванное значение относительной биологической эффективности (ОБЭ) излу-чения, характери-зующей степень опасности данного излучения по отноше-нию к образцовому рентгеновскому излучению с граничной энергией 200 кэВ.

Таким образом, коэффициент качества позволяет учесть степень опасности облучения людей независимо от вида излучения. При хрониче-ском облучении всего тела его значение составляет: а) для рентгеновского и г-излучения - 1; б) для в-излучения - 1; в) для протонов с энергией < 10 МэВ - 10; г) для б-частиц с энергией < 10 МэВ - 20.

Страницы: 1, 2