Атомное излучение

Оглавление

1. Вступление  
2. Особенности атомной энергетики
3. Ресурсы атомной энергетики    
4. Воздействие атомных станций на окружающую среду
5. Выбросы и сбросы вредных веществ при эксплуатации АС Перенос

радиоактивности в окружающей среде  

6. Воздействие радиоактивных выбросов на организм человека 
7. Виды радиоактивного излучения
8. Пути проникновения радиации в организм человека 
9. Ограничение опасных воздействий АС на экосистемы  
10. Уничтожение опасных отходов 

 

ВСТУПЛЕНИЕ

Опыт  прошлого свидетельствует, что проходит не менее 80 лет, прежде  чем

одни  основные источники энергии заменяются другими - дерево  заменил  уголь,

уголь - нефть,  нефть  -  газ,  химические  виды  топлива  заменила  атомная

энергетика.  История  овладения  атомной  энергией  -  от   первых   опытных

экспериментов - насчитывает около  60  лет,  когда  в  1939г.  была  открыта

реакция деления урана.

   В  30-е   годы   нашего   столетия   известный   ученый  И.В.   Курчатов

обосновывал  необходимость  развития  научно-практических  работ  в  области

атомной техники в интересах народного  хозяйства страны.

   Начиная с 1970 г.  во  многих  странах  мира  осуществляются  масштабные

программы развития ядерной  энергетики.  В  настоящее  время  сотни  ядерных

реакторов работают по всему миру. 
 
 

                        ОСОБЕННОСТИ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ 
 
 

   Энергия - это основа основ.  Все  блага  цивилизации,  все  материальные

сферы деятельности человека - от стирки белья  до исследования Луны  и  Марса

- требуют  расхода энергии. И чем дальше, тем больше.

    На  сегодняшний  день  энергия   атома  широко  используется  во  многих

отраслях  экономики. Строятся мощные подводные  лодки и  надводные  корабли  с

ядерными   энергетическими   установками.   С    помощью    мирного    атома

осуществляется  поиск полезных ископаемых. Массовое  применение  в  биологии,

сельском  хозяйстве,  медицине,  в  освоении  космоса  нашли   радиоактивные

изотопы.

Положительное значение атомных электростанций в  энергобалансе  очевидно.

Гидроэнергетика для своей работы требует создание крупных водохранилищ,  под

которыми  затапливаются большие площади  плодородных земель  по  берегам  рек.

Вода  в  них  застаивается  и  теряет  свое  качество,  что  в  свою  очередь

обостряет проблемы водоснабжения, рыбного хозяйства  и индустрии досуга.

   Теплоэнергетические станции в  наибольшей степени способствуют  разрушению

биосферы  и природной среды Земли. Они  уже  истребили  многие  десятки  тонн

органического топлива. Для его добычи из сельского  хозяйства и  других  сфер

изымаются  огромные  земельные  площади.  В  местах  открытой  добычи   угля

образуются  «лунные  ландшафты».  А  повышенное  содержание  золы  в  топливе

является  основной причиной выброса в воздух десятков миллионов  тонн  [pic].

Все тепловые энергетические установки мира выбрасывают в  атмосферу  за  год

до 250 млн. т золы и около 60 млн. т сернистого ангидрида.

   Атомные электростанции – третий  «кит»  в  системе  современной   мировой

энергетики. Техника АЭС, бесспорно,  является  крупным  достижением  НТП.  В

случае  безаварийной работы атомные электростанции не производят  практически

никакого  загрязнения окружающей среды, кроме  теплового. Правда в  результате

работы  АЭС   (и   предприятий   атомного   топливного   цикла)   образуются

радиоактивные отходы, представляющие потенциальную опасность.  Однако  объем

радиоактивных отходов очень мал, они весьма компактны, и их можно хранить  в

условиях, гарантирующих отсутствие утечки наружу. 

   АЭС  экономичнее  обычных   тепловых  станций,  а,  самое   главное,   при

правильной  их эксплуатации – это чистые источники энергии.

   Вместе с тем, развивая ядерную  энергетику в интересах экономики,  нельзя

забывать  о безопасности и здоровье людей, так как ошибки  могут  привести  к

катастрофическим  последствиям.

   Всего с момента начала эксплуатации атомных станций в  14  странах  мира

произошло  более  150  инцидентов  и  аварий  различной  степени  сложности.

Наиболее  характерные из них: в 1957 г. – в  Уиндскейле (Англия), в 1959 г.  –

в Санта-Сюзанне (США),  в 1961 г. –  в  Айдахо-Фолсе  (США), в 1979 г. –  на

АЭС Три-Майл-Айленд (США), в 1986 г. – на Чернобыльской  АЭС (СССР).

    

               ВОЗДЕЙСТВИЕ АТОМНЫХ СТАНЦИЙ 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

(АС), идущих  на смену тепловым станциям на органическом ископаемом  топливе.

Общепризнанно, что АС при их нормальной эксплуатации намного - не менее  чем

в 5-10 раз "чище" в экологическом отношении  тепловых  электростанций  (ТЭС)

на угле. Однако при авариях АС  могут  оказывать  существенное  радиационное

воздействие на людей, экосистемы. Поэтому обеспечение  безопасности  экосферы

и защиты окружающей среды от вредных воздействий  АС  -  крупная  научная  и

технологическая задача ядерной энергетики, обеспечивающая ее будущее. 

Отметим важность  не  только  радиационных   факторов   возможных   вредных

воздействий АС  на  экосистемы,  но  и  тепловое  и  химическое  загрязнение

окружающей  среды,  механическое   воздействие   на   обитателей   водоемов-

охладителей,  изменения  гидрологических  характеристик  прилежащих   к   АС

районов,  т.е.  весь   комплекс   техногенных   воздействий,   влияющих   на

экологическое благополучие окружающей среды. 
 
 
 

            ВЫБРОСЫ И СБРОСЫ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ АС 

                 ПЕРЕНОС РАДИОАКТИВНОСТИ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ 
 
 

   Исходными событиями, которые  развиваясь во  времени,  в   конечном  счете

могут привести к  вредным  воздействиям  на  человека  и  окружающую  среду,

являются  выбросы и сбросы радиоактивности  и токсических  веществ  из  систем

АС. Эти  выбросы делят на газовые и  аэрозольные,  выбрасываемые  в  атмосферу

через трубу, и жидкие сбросы, в которых  вредные примеси присутствуют в  виде

растворов или мелкодисперсных  смесей,  попадающие  в  водоемы.  Возможны  и

промежуточные ситуации,  как  при  некоторых  авариях,  когда  горячая  вода

выбрасывается в атмосферу и разделяется  на пар и воду. 

Выбросы   могут   быть   как   постоянными,   находящимися   под   контролем

эксплуатационного  персонала,  так  и  аварийными,  залповыми.  Включаясь  в

многообразные  движения  атмосферы,  поверхностных  и   подземных   потоков,

радиоактивные и токсические вещества распространяются  в  окружающей  среде,

попадают  в растения, в организмы животных и человека.  На  рисунке  показаны

воздушные,  поверхностные  и  подземные  пути  миграции  вредных  веществ  в

окружающей  среде.  Вторичные,  менее  значимые  для  нас  пути,  такие  как

ветровой  перенос пыли  и  испарений,  как  и  конечные  потребители  вредных

веществ на рисунке не показаны. 
 
 

           ВОЗДЕЙСТВИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ВЫБРОСОВ  НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА 
 
 

   Рассмотрим механизм воздействия   радиации  на  организм  человека:  пути

воздействия различных радиоактивных веществ  на организм, их  распространение

в организме,  депонирование,  воздействие  на  различные  органы  и  системы

организма  и  последствия  этого  воздействия.  Существует  термин  "входные

ворота  радиации",  обозначающий  пути  попадания  радиоактивных  веществ  и

излучений изотопов в организм. 

Различные  радиоактивные  вещества  по  -  разному  проникают   в   организм

человека. Это зависит от химических свойств  радиоактивного элемента.

Некоторые химические элементы радиоактивны: их самопроизвольный распад и превращение  в элементы с другими порядковыми  номерами сопровождается излучением. При распаде радиоактивного вещества его масса с течением времени уменьшается. Теоретически вся масса радиоактивного элемента исчезает за бесконечно большое время. Время, по истечении которого масса уменьшается вдвое, называется периодом полураспада. Для разных радиоактивных веществ период полураспада изменяется в широких пределах: от нескольких часов (у 41 Ar он равен 2 ч) до нескольких миллиардов лет (238U - 4,5 млрд. лет) Борьба с радиоактивным загрязнением среды может носить лишь предупредительный характер, поскольку не существует никаких способов биологического разложения и других механизмов, позволяющих нейтрализовать этот вид заражения природной среды. Наибольшую опасность представляют радиоактивные вещества с периодом полураспада от нескольких недель до нескольких лет: этого времени достаточно для проникновения таких веществ в организм растений и животных.  

Распространяясь по пищевой цепи (от растений к животным) , радиоактивные вещества с продуктами питания поступают в организм человека и могут накапливаться в таком количестве, которое способно нанести вред здоровью человека.  

При одинаковом уровне загрязнения среды изотопы  простых элементов (14С, 32З, 45Са, 35S, 3Н  и др.) являющиеся основными слагаемыми живого вещества (растений и животных) , более опасны, чем редко встречающиеся радиоактивные вещества, слабо поглощаемые организмами.  

Наиболее  опасные среди радиоактивных  веществ 90 Sr м 137Сs образуются при ядерных  взрывах в атмосфере, а также  поступают в окружающую среду  с отходами атомной промышленности. Благодаря химическому сходству с кальцием 90Sr легко проникает в костную ткань позвоночных, тогда как 137 Cs накапливается в мускулах замещая калий.  

Излучения радиоактивных веществ оказывают  следующее воздействие на организм: ослабляют облученный организм, замедляют рост, снижают сопротивляемость к инфекциям и иммунитет организма; уменьшают продолжительность жизни, сокращают показатели естественного прироста из-за временной или полной стерилизации; различными способами поражают гены, последствия которого проявляются во втором или третьем поколениях; оказывают кумулятивное (накапливающееся) воздействие, вызывая необратимые эффекты.  

Тяжесть последствий облучения зависит  от количества поглощенной организмом энергии (радиации) , излученной радиоактивным веществом. Единицей этой энергии служит 1 ряд - это доза облучения, при которой 1 г живого вещества поглощает 10-5 Дж энергии.  

Установлено, что при дозе, превышающей 1000 рад, человек погибает; при дозе 7000 и 200 рад смертельный исход отмечается в 90 и 10% случаев соответственно; в случае дозы 100 рад человек выживает, однако значительно возрастает вероятность заболевания раком, а также вероятность полной стерилизации.  

Наибольшее  загрязнение радиоактивного распада  вызвали взрывы атомных и водородных бомб, испытание которых особенно широко проводилось в 1954-1962 гг. К 1963 г., когда был подписан Договор о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, в космическом пространстве и под водой, в атмосфере уже находились продукты взрыва общей мощностью свыше 170 Мт (это примерно мощность взрыва 85000 бомб, подобных сброшенной на Хиросиму) .  

Второй  источник радиоактивных примесей - атомная промышленность. Примеси  поступают в окружающую среду  при добыче и обогащении ископаемого сырья, использовании его в реакторах, переработке ядерного горючего в установках.  

Наиболее  серьезное загрязнение среды  связано с работой заводов  по обогащению и переработке атомного сырья. Большая часть радиоактивных  примесей содержится в сточных водах. Которые собираются и хранятся в герметичных сосудах. Однако 85Кr, 133 Хе и часть 131 I попадают в атмосферу из испарителей, используемых для уплотнения радиоактивных отходов. Тритий и часть продуктов распада (90Sr, 137Cs, 106 Ru, 131 I) сбрасываются в реки и моря, вместе с малоактивными жидкостями (небольшой завод по производству атомного горючего ежегодно сбрасывает от 500 до 1500 т воды, зараженной этими изотопами) . Согласно имеющимся оценкам, к 2000 г. ежегодное количество отходов атомной промышленности в США достигнет 4250 т (что эквивалентно массе отходов, которые могла бы образоваться при взрыве 8 млн. бомб типа сброшенной на Хиросиму) . Для дезактивации радиоактивных отходов до их полной безопасности необходимо время, равное премерно 20 периодам полураспада (это около 640 лет для 137Сs и490 тыс. лет для 239 Ru) . Вряд ли можно поручиться за герметичность контейнеров, в которых хранятся отходы, в течение столь длительных интервалов времени.  

Таким образом, хранение отходов атомной  энергетики представляется наиболее острой проблемой охраны среды от радиоактивного заражения. Теоретически, правда, возможно создать атомные электростанции с практически нулевым выбросом радиоактивных примесей. Но в этом случае производство энергии на атомной станции оказывается существенно дороже, чем на тепловой электростанции.  

Поскольку производство энергии, основанное на ископаемом топливе (уголь, нефть, газ, также сопровождается загрязнением среды, а запасы самого ископаемого топлива ограничены, большинство исследователей, занимающихся проблемами энергетики и охраны среды пришли к выводу: атомная энергетика способна не только удовлетворять все возрастающие потребности общества в энергии, но и обеспечить охрану природной среды и человека лучше чем это может быть осуществлено при производстве такого же количества энергии на основе химических источников (сжигания углеводородов) . При этом особое внимание следует уделить мероприятиям, исключающим риск радиоактивного загрязнения среды (в том числе и в отдаленном будущем) , в частности обеспечить независимость органов по контролю за выбросами от ведомств, ответственных за производство атомной энергии.  

Установлены предельно допустимые дозы ионизирующей радиации, основанные на следующем требовании: доза не должна превышать удвоенного среднего значения дозы облучения, которому человек подвергается в естественных условиях. При этом предполагается, что люди хорошо приспособились к естественной радиоактивности среды. Более того, известны группы людей, живущих в районах с высокой радиоактивностью, значительно превышающей среднюю по земному шару (так в одном из районов Бразилии жители за год получают около 1600 мрад, что в 10-20 раз больше обычной дозы облучения) . В среднем доза ионизирующей радиации, получаемой за год каждым жителем планеты, колеблется между 50 и 200 мрад, причем на долю естественной радиоактивности (космические лучи) приходится около 25 млрд. радиоактивности горных пород - примерно 50-15- мрад. Следует также учитывать те дозы, которые получает человек от искусственных источников облучения. В Великобритании, например, ежегодно при рентгеноскопических обследованиях человек получает около 100 мрад. Излучений телевизора - примерно 10 мрад. Отходов атомной промышленности и радиоактивных осадков - около 3 мрад. 
 

ВИДЫ  РАДИОАКТИВНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ 
 
 

|Альфа-частицы        |Бета-частицы - это   |Гамма-радиация - это  |

|представляют  собой   |отрицательно или     |разновидность         |

|атомы  гелия без      |положительно         |электромагнитного     |

|электронов, т.е. два |заряженные электроны  |излучения, в точности |

|протона  и два        |(положительно        |похожая на видимый    |

|нейтрона. Эти частицы|заряженные электроны  |свет. Однако энергия  |

|относительно  большие |называются           |гамма-частиц гораздо  |

|и тяжелые,  и поэтому |позитроны). Их пробег|больше  энергии        |

|легко  тормозят. Их   |в воздухе составляет |фотонов. Эти частицы  |

|пробег  в воздухе     |порядка  нескольких   |обладают большой     |

|составляет  порядка   |метров. Тонкая одежда|проникающей           |

|нескольких           |способна остановить  |способностью, и       |

|сантиметров.  В момент|поток радиации, и,   |гамма-радиация        |

|остановки  они        |чтобы получить  дозу  |является единственным |

|выбрасывают  большое  |облучения, источник  |из трех типов         |

|количество  энергии на|радиации необходимо  |радиации, способной   |

|единицу  площади, и   |поместить внутрь     |облучить организм     |

|поэтому  могут        |организма, изотопы,  |снаружи. Два изотопа, |

|принести  большие     |испускающие          |излучающих            |

|разрушения. Из-за    |бета-частицы - это   |гамма-радиацию, - это |

|ограниченного  пробега|тритий (3H) и        |цезий (137Сs) и       |

|для  получения дозы   |стронций (90Sr).     |кобальт (60Со).       |

|необходимо  поместить |                     |                      |

|источник  внутрь      |                     |                      |

|организма.  Изотопами,|                     |                      |

|испускающими  альфа-  |                     |                      |

|частицы,  являются,   |                     |                      |

|например, уран (235U |                     |                      |

|и 238U) и плутоний   |                     |                      |

|(239Pu).             |                     |                      | 
 

Пути  проникновения радиации в организм человека 
 
 

|Радиоактивные       |Радиоактивные частицы|Изотопы,  находящиеся в  |

|изотопы  могут       |из воздуха во время  |земле или на ее         |

|проникать  в организм|дыхания могут попасть|поверхности,  испуская   |

|вместе  с пищей или  |в легкие. Но  они     |гамма-излучение,        |

|водой.  Через органы |облучают не только   |способны - облучить     |

|пищеварения они     |легкие, а также      |организм снаружи. Эти   |

|распространяются  по |распространяются по  |изотопы  также           |

|всему  организму.    |организму.           |переносятся атмосферными|

|                    |                     |осадками.               | 
 

              Ограничение опасных воздействий  АС на экосистемы 
 
 

      АС и другие промышленные предприятия  региона  оказывают  разнообразные

воздействия на совокупность  природных  экосистем,  составляющих  экосферный

регион  АС.  Под  влиянием  этих   постоянно   действующих   или   аварийных

воздействий АС, других техногенных нагрузок  происходит  эволюция  экосистем

во времени, накапливаются и закрепляются изменения  состояний  динамического

равновесия. Людям совершенно небезразлично в какую  сторону  направлены  эти

изменения в экосистемах, насколько они  обратимы, каковы запасы  устойчивости

до значимых возмущений. Нормирование антропогенных  нагрузок на экосистемы  и

предназначено для того, чтобы предотвращать  все неблагоприятные изменения  в

них, а  в лучшем варианте направлять эти  изменения в  благоприятную  сторону.

Чтобы разумно регулировать отношения  АС с окружающей  средой  нужно  конечно

знать  реакции  биоценозов  на  возмущающие   воздействия   АС.   Подход   к