Радиоактивное загрязнение. 2

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

Северо-Казахстанский государственный университет им. М.Козыбаева

Экономический факультет

Кафедра экономики

РЕФЕРАТ

по дисциплине «ЭкоЛОГия»

«РАДИАЦИОННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ТЕРРИТОРИИ РК»

050506.DO.Э-10

автор                                                                      ___________

РУКОВОДИТЕЛЬ                                                              ___________

Петропавловск, 2010

СОДЕРЖАНИЕ

1 ИЗОТОПЫ И РАДИОАКТИВНОЕ  ИЗЛУЧЕНИЕ

1.1 Общая характеристика  изотопов и радиоактивного излучения

Изотопы – это атомы элемента с одним и тем же атомным номером, но с различными атомными массами. Термин «изотоп» предложил Содди в 1918 г. для обозначения двух или более веществ с разной массой, занимающих одно и то же место в периодической таблице. Известно 340 естественных изотопов элементов.

A=Z+N,

N=A–Z,

Z=A–N,

где A – массовое число, Z – порядковый номер элемента в периодической системе, равный заряду ядра, числу протонов и числу орбитальных электронов атома, N – число нейтронов. У легких изотопов A=2Z. Это соотношение выдерживается до кальция-40. По принципу четности нейтронов и протонов все изотопы могут быть разделены на 4 типа:

Еще Д. И. Менделеев обнаружил аномальность соотношений для трех пар элементов (более тяжелые элементы с меньшими порядковыми номерами, чем более легкие):

4018 Ar и 3919K;

5927Co и 5828Ni;

12852Te52 и 12753I .

Эти и другие аномалии были объяснены с открытием радиоактивности.

Радиоактивность – самопроизвольный переход ядер нестабильных атомов в более стабильное состояние. В результате изменений в ядрах атомов выделяется излучение:

α-лучи (ионы гелия);

β-лучи (электроны);

γ-лучи (электромагнитные волны).

Удаление α-частицы из ядра смещает атомный номер в периодической таблице на 2 позиции влево. Массовое число элемента при этом уменьшается на 4 единицы.

При β–распаде массовое число не изменяется. При обычном β-распаде нейтрон превращается в протон с выделением электрона, а атомный номер элемента увеличивается на единицу. При электронном захвате протон переходит в нейтрон в результате перемещения электрона их К-оболочки атома в ядро. Атомный номер при этом уменьшается на единицу, β-излучение отсутствует, но выделяются Х-лучи.

γ-лучи испускаются при возвращении ядра из возбужденного состояния в обычное состояние.

Все три вида излучения являются ионизирующими и способны наносить повреждения биологическим объектам (лучевая болезнь, мутации, образование злокачественных опухолей). Наибольшей проникающей способностью обладает γ-излучение.

Наибольшую опасность из радиоактивных элементов представляют те, у которых период полураспада составляет от нескольких недель и месяцев до нескольких лет (см. табл. 1), поскольку короткоживущие изотопы распадаются быстро и не успевают принести существенного вреда, а долгоживущие – слабо радиоактивны.

Таблица 1

Серьезную проблему представляют стронций–90 и цезий–137 благодаря своей способности к накоплению в человеческом организме.

Стронций благодаря своему химическому сходству с кальцием очень легко проникает в костную ткань позвоночных, а цезий может накапливаться в мускулах, замещая калий.

Фоновое содержание стронция–90 в почвах составляет 28 г т-1, в почвах крупных городов – 44 г т-1. Содержание цезия–137 в воздухе составляет (пг м-3): 20 (Норвегия), 40 (Гренландия), 60–1500 (ФРГ), 16–1500 (Япония), 70–300 (США, Канада) [5].

В организм человека цезий и стронций попадают с пищей. Средние содержания их в культурных растениях приведено в таблице 2 (один Бк соответствует одному распаду в сек).

Таблица 2

После газа радона-222 калий-40 занимает второе место в создании природного радиоактивного фона, за ним следуют уран, радий и торий.

Содержание этих радиоактивных элементов в различных породах приведено в таблицах 3, 4. Поскольку строительные материалы изготавливаются из природного сырья, практически все они также в разной степени радиоактивны (см. таблицу 5).

Таблица 3

Таблица 4

Таблица 5

Надо отметить, что опасность ионизирующей радиации для живых существ зачастую преувеличивается. Во-первых, она имеет пороговый уровень, ниже которого воздействие радиации на организмы не является вредным. Во-вторых, малые дозы радиации могут быть полезными (так называемый «эффект хормезиса»).

Так, исследования воздействия малых доз радиации на животных показали, что продолжительность жизни облученных мышей, крыс, собак оказалась дольше, они были более здоровыми и приносили более многочисленное потомство, чем животные, не подвергавшиеся облучению [2]. Сходные данные получены и для человека [4].

При малых дозах гамма излучения и быстрых нейтронов наблюдалось усиление роста водорослей, увеличение продолжительности жизни мышей и морских свинок. Хормезис проявляется в стимулировании восстановления ДНК, синтезе белков, образовании антистрессорных белков, обезвреживании свободных радикалов, стимулировании иммунной системы. У млекопитающих обнаружено усиление защитных реакций по отношению к опухолевым и инфекционным заболеваниям, в частности, лейкемией, раком и саркомой [2].

В сельском хозяйстве, например, ионизирующие излучения используются для повышения всхожести семян, ускорения развития и повышения урожая растений, лучшей прививаемости черенков, повышения яйценоскости кур, стимуляции оплодотворяемости и выхода мальков в рыбоводстве [3].

При обследовании жертв атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки выяснилось, что у людей, подвергшихся облучению на уровне 100 мЗв (1 мЗв эквивалентен разрушению одной молекулы ДНК в одной клетке тела человека. Природно-обусловленное разрушение ДНК имеет скорость порядка 70 млн. год–1), смертность от лейкемии была меньше, чем у контрольной группы.

В Норвегии природный радиоактивный фон обеспечивает среднюю дозу облучения людей за время жизни 365 мЗв, в некоторых местностях – до 1500 мЗв, в Индии и Иране есть районы, где эта доза возрастает до 2000 и 3000 мЗв, соответственно (Кондратьев, 1999). В России пороговым уровнем считается 70 мЗв (до 1991 г. был принят уровень 50 мЗв).

Многие курорты (например, в горах Швейцарии, Кавказа, Памира, Колорадо), наряду с благоприятными климатическими факторами, как правило, включают и фактор повышенного природного радиоактивного фона. Всемирно известные курорты Браубах, Висбаден, Баден-Баден (Германия), Бадгастайн (Австрия), Масутами-Спрингс (Япония), Цхалтубо, Пятигорск, Белокуриха и многие другие возникли вокруг источников с повышенным содержанием радона.

1.2 Радон

Наибольшая доля природного радиоактивного фона (около 50 %) образуется радоном, являющимся естественным продуктом распада 238U и 32Th. Вклад в радиоактивный фон радона-222 из уранового ряда в 20 раз больше, чем вклад радона-220 из ториевого ряда. Некоторые местности достаточно богаты естественным ураном. Например, в Девоне и Корнуэлле местные граниты содержат до 2000 г т-1 урана.

Уран распадается достаточно сложным путем и на одном из этапов образует радон.

Поскольку радон – газ, с достаточно большим периодом полураспада, он диффундирует из пород и может проникать в расположенные рядом постройки. Скорость выделения радона из грунта колеблется от 3 до 50 мБк м–2 с–1. Радон – бесцветный газ без запаха в 8 раз тяжелее воздуха, скапливающийся над поверхностью грунта.

Сам радон распадается с образованием α-частиц. Как известно, α-частицы сами по себе не опасны, но продукты распада радона – радиоактивные твердые частички.

Если атом радона распадется в легких, то человек получит внутренний действующий источник радиации. С течением времени человек рискует заболеть раком легких. При анализе сравнительной канцерогенной опасности 12 главных загрязнителей в Японии, радон оказался на первом месте (на последнем оказался ДДТ) [6].

Благодаря распаду радона серьезную опасность может представлять и домашняя пыль. Продукты распада осаждаются в домашней пыли и делают ее источником радиации.

С 1990 г. в Британии принята рекомендуемая концентрация радона в жилых помещениях в 200 Бк м–3. Уровень в 200 Бк м–3 или выше зафиксирован в 0,4 % домов Англии. Если учесть, что средняя емкость легких взрослого человека около 5 дм3, то при 200 Бк м–3 в легких (1/200 м3) происходит один распад в сек. Наибольшие концентрации радона наблюдаются в ванных комнатах.

Вместе с тем, имеются интересные данные о наличии отрицательной корреляции между уровнем концентрации радона (в определенном диапазоне концентраций) в жилищах и числом заболеваний раком легких [2].

2 РАДИАЦИОННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ

2.1 Общая характеристика радиационного загрязнения

Радиационное загрязнение – наиболее опасный вид физического загрязнения окружающей среды, связанный с воздействием на человека и другие виды организмов радиационного излучения. В развитых странах в настоящее время радиационное загрязнение окружающей среды представляет наибольшую опасность вследствие того, что один из основных источников этого вида загрязнения – ядерная энергетика в последнее время развивается наиболее быстрыми темпами. По оценкам экспертов, этот вид загрязнения среды в России и в других государствах СНГ находится на втором месте после химического загрязнения [1].

К радиационному загрязнению относятся:

1) собственно радиационное загрязнение, под которым понимается физическое загрязнение среды, связанное с действием альфа- и бета-частиц и гамма-излучений, возникающих в результате распада радиоактивных веществ,

2) загрязнение окружающей среды радиоактивными веществами, т.е. по существу химическое загрязнение среды, связанное с превышением естественного уровня содержания (природного фона) радиоактивных веществ в окружающей среде.

Второй вид загрязнения среды проявляется в результате действия излучений, сопровождающих радиоактивный распад. Поэтому и контроль содержания радиоактивных веществ, и оценка их действия на живые организмы производится путем регистрации излучений. В связи с этим принято объединять эти два вида загрязнения и рассматривать их в качестве радиационного загрязнения окружающей среды.

2.2 Риск радиационной опасности

Результаты сравнительной оценки индивидуального среднего риска фатального исхода в год по данным, относящимся ко всему населению США, показывают, что индивидуальный риск погибнуть в результате катастрофы, связанной с аварией ядерного реактора, крайне мала по сравнению с другими факторами техногенного риска. Приведем также данные для США:

автомобильный транспорт – 3х10–4,

воздушный транспорт – 9х10–6,

железнодорожный транспорт – 4х10–6,

молния – 5х10–7,

ядерная энергетика – 2х10–10.

Здесь средний риск – количественная оценка степени опасности гибели человека – определяется как отношение числа неблагоприятных последствий (т.е. смертельных исходов) к их возможному числу за определенный интервал времени. Оценки риска для ядерной энергетики проведены с расчетом на 100 американских ядерных реакторов. Сравнивая приведенные выше количественные оценки риска, можно сделать вывод, что ядерная энергетика (по данным США) создает риск опасности для жизни человека в миллион раз меньший, чем риск погибнуть в дорожно-транспортных происшествиях, и в 10 тысяч раз меньший, чем погибнуть в железнодорожных авариях. Принципы конструирования и строительства ядерных реакторов примерно одинаковы во всех странах, развивающих атомную энергетику, и уровень надежности и безопасности реакторов считается достаточным, чтобы риск для населения был минимален.

Однако риск радиационной опасности не определяется только безопасностью ядерных реакторов, он зависит от степени радиационного загрязнения территорий, связанных с производством и испытанием ядерного оружия, с работой предприятий, занимающихся добычей, обогащением и переработкой ядерных материалов и т.п. Более того, риск радиационной опасности оценивается не только вероятностью фатальных исходов, но и вероятностью получения дозы облучения и последующих разнообразных заболеваний. В настоящее время в литературе оценки риска указанных факторов радиационной опасности не рассматриваются. Ясно, что в целом риск радиационной опасности значительно (и возможно, во много раз) больше, чем оцененный выше только по вероятности аварий в ядерной энергетике. Поэтому неудивительно, что интуитивно воспринимаемая обществом радиационная опасность сравнима с опасностью химического загрязнения среды [1].

2.3 Источники радиационного загрязнения

Факторы радиационной опасности разделяются по происхождению на естественные и антропогенные. К естественным факторам относятся ископаемые руды, излучение при распаде радиоактивных элементов в толще земли и др. Антропогенные факторы радиационной опасности связаны с добычей, переработкой и использованием радиоактивных веществ, производством и использованием атомной энергии, разработкой и испытанием ядерного оружия и т.п. Наибольшую опасность для здоровья человека представляют антропогенные факторы радиационной опасности, связанные со следующими видами и отраслями человеческой деятельности:

- атомная промышленность;

- ядерные взрывы;

- ядерная энергетика;

- медицина и наука.

Они имеет свои основные источники загрязнения среды как радиоактивными элементами, так и радиационными излучениями. Кроме того, атомная промышленность и ядерная энергетика являются основными источниками радиоактивных отходов (РАО), исключительно опасных для всего живого на планете, что создало сравнительно новую проблему человечества – проблему захоронения, утилизации, складирования РАО, решение которой до сих пор не существует. Другая новая проблема вызвана реализацией достигнутых между ядерными державами соглашений по ядерному разоружению – это проблема ликвидации ядерного оружия, связанная в основном с демонтированием и безопасной транспортировкой, складированием и хранением большого количества ядерных боеголовок (до нескольких десятков тысяч с двух сторон – с российской и американской). Обе проблемы требуют колоссальных экономических затрат, сравнимых с национальным доходом развитых стран. В ближайшее время к этим двум добавится и третья проблема, вызванная окончанием срока эксплуатации десятков ядерных реакторов атомных электростанций (АЭС) и атомного подводного флота [1].

Ниже приведены данные о величине периода полураспада некоторых радиоактивных элементов (радионуклидов), имеющих важное значение с точки зрения экологии:

Наиболее опасны стронций и цезий, которые трудно выводятся из организма. Обладая периодом полураспада, приблизительно равным средней продолжительности жизни человека, они создают опасность онкологических заболеваний и генетических нарушений.

2.3.1 Атомная промышленность

Атомная промышленность занимается добычей, переработкой и обогащением радиоактивного сырья, используемого далее либо как топливо в ядерной энергетике, либо для создания систем ядерного оружия (ядерные боеголовки). Следовательно, предприятия атомной промышленности имеют дело непосредственно с радиоактивными веществами, часть которых неизбежно попадает в окружающую человека среду в виде отходов либо рассеивается в почве, атмосфере, водоемах.

Известно, что в России насчитывается около 800 ядерных объектов. С 1938 по 1993 гг. в мире было добыто около 1,7–1,8 млн. т природного урана. Сейчас суммарные запасы его оцениваются в 104–125 тыс. т в западных странах и 100 – 200 тыс. т в бывшем СССР. По экспертным оценкам, в мире произведено около 1100 т плутония (в том числе, 250–400 т оружейного плутония), из которых от 7 до 10 т распылено в окружающей среде. Учитывая очень большой период полураспада этого элемента, очевидно, что его вредное воздействие на биосферу и здоровье человека будет ощущаться многие сотни и даже тысячи лет. Отметим, что для человека смертельно опасны при попадании внутрь всего 2 мкг плутония. Согласно подсчетам известного ученого-ядерщика академика А.Д. Сахарова, которого называют «отцом советской водородной бомбы», рассеянные в биосфере 7–10 т плутония ответственны за гибель от рака и лейкемии более 5 млн. жителей планеты.

2.3.2 Ядерные взрывы

По официальным данным, к началу 1993 года на существующих в мире пяти ядерных полигонах – Невада (США, Великобритания), Новая земля (СССР, ныне Россия), Семипалатинск (Казахстан), Муруроа (Франция), Лобнор (Китай) было произведено более 2000 ядерных взрывов:

Как известно, наибольший ущерб биосфере и человечеству был нанесен испытаниями ядерного оружия в атмосфере, которые продолжались до 1980 г. (Китай), хотя ведущие ядерные державы завершили их в 1962 (СССР) и 1963 (США) годах. Особенно сильно способствовал радиоактивному загрязнению Азиатского материка мощнейший (до 3 мегатонн) воздушный ядерный взрыв в Китае, последствия которого на территориях Средней и Центральной Азии, Сибири и Дальнего Востока прослеживаются до сих пор.

Испытания ядерного оружия привели к распространению радиоактивных продуктов по всему земному шару. Продукты эти с осадками попадают из атмосферы в почву, грунтовые воды и, следовательно, в пищу человека и живых существ. Согласно некоторым оценкам, на долю наземных ядерных взрывов приходится более половины (до 5 т) рассеянного в настоящее время в биосфере плутония.

Большая часть взрывов военного назначения относится к подземным испытаниям, которые также вносили свою, хотя и меньшую, долю выбросов радиоактивных веществ в окружающую среду. Наряду с такими подземными ядерными взрывами (ПЯВ) в мире с конца 50-х годов проводились подземные ядерные взрывы в мирных целях, т.е. для нужд народного хозяйства, например, для сооружения водохранилищ, подземных хранилищ вредных отходов, при добыче полезных ископаемых и т.п. Первый ПЯВ в мирных целях был осуществлен в США в 1957 г., а на территории России – в 1965 г. Такие взрывы проводились практически до начала 90-х годов. За этот период на территории СНГ, только по официальным данным, было проведено 116 взрывов, в том числе на территории России 90, (в европейской части – 59 взрывов, в Сибири – 31).

Следовательно, к пяти ядерным суперполигонам надо добавить еще около двух сотен полигонов на земном шаре, которые также способствовали широкому распространению радиоактивного загрязнения биосферы.

2.3.3 Ядерная энергетика

Первая в мире АЭС (атомная электростанция) была построена в СССР в 1954 году в Обнинске под Москвой. В настоящее время уже около 30 стран производят электроэнергию на АЭС, а темпы прироста этого вида электроэнергии в мире в два раза превышают темпы прироста всех видов электроэнергии, несмотря на то, что ряд стран (Австрия, Россия, Швейцария) заморозили свои ядерно-энергетические программы после Чернобыльской катастрофы. Доля ядерной электроэнергетики в мире составляет 17%. Ведущей в этой области в настоящее время является Франция, которая вырабатывает на АЭС 75% электроэнергии. В России выработка электроэнергии на АЭС составляет около 12%. В списке стран, имеющих АЭС, Россия по производству электроэнергии на АЭС занимает 18-е место. Для сравнения отметим, что США со своими 19% в этом списке находятся на 11-м месте. Одной из экологически важных проблем развития ядерной энергетики является упоминаемая ранее проблема хранения и переработки радиоактивных отходов [1].

2.3.4 Медицина и наука

Использование изотопов радиоактивных элементов в медицине для диагностики и в лечебных процедурах также способствует широкому территориальному распространению радиационного загрязнения. Если ядерные взрывы практически прекращены, то медицина остается действующим в настоящее время фактором радиационной опасности. Другим действующим до сих пор фактором радиационного загрязнения среды являются многочисленные исследовательские ядерные реакторы, существующие в университетах и научно-исследовательских центрах (лабораториях, институтах и др.) в разных странах мира. Исследовательские реакторы широко используются в экспериментах, при получении изотопов, проведении нейтронно-активационного анализа материалов, создании перспективных типов реакторов и т. д. Столь широкий диапазон работ привел к тому, что к концу 1991 г. в мире было около 500 реакторов, в том числе в США – 94, в СНГ – 66, в Германии – 25, во Франции и Японии – по 19, в Канаде – 14, в Китае – 12.

3 РАДИАЦИОННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ТЕРРИТОРИИ РК

Варварское, хищническое отношение центральных ведомств к природным ресурсам РК привело в 70-90 гг. к экологическому кризису в республике, принявшему в некоторых регионах катастрофический характер. Одной из сложнейших экологических проблем является.

Ядерные испытания, проводившиеся с 1949 года на Семипалатинском полигоне привели в заражению огромной территории в Центральном и Восточном Казахстане. В республике еще имелось 5 полигонов, где проводились ядерные испытания, в непосредственной близости от ее границ находится китайский полигон Лоб-Нор. Радиационный фон в РК повышается так же в результате образования озоновых дыр при запуске космических кораблей с космодрома Байконур. Огромную проблему для РК представляют радиоактивные отходы. Так, Ульбинский комбинат накопил около 100 тысяч тонн отходов, загрязненных ураном, торием, причем хранилища отходов находятся в городской черте Усть-Каменогорска. В РК имеются всего 3 могильника для ядерных отходов и все они располагаются в водоносном слое.

Именно серьезность проблемы радиационного загрязнения привела к тому, что один из первых законов суверенного Казахстана стал Указ от 30.08.1991 г. о запрещении испытаний на Семипалатинском полигоне.

3.1 Причины радиационного загрязнения

При всем разнообразии факторов формирующих радиоэкологическую обстановку на территории республики, определяющими по состоянию на 1999 г. остаются:

• деятельность бывшего Семипалатинского испытательного ядерного полигона;
• ядерные взрывы, выполненные для народнохозяйственных задач, произведенные в 1949-1961 гг;
• деятельность предприятий атомно-промышленного комплекса;
• деятельность китайского полигона "Лоб-Нор " и глобальные выпадения;
• природные радиоактивные аномалии в местах проживания населения и подземных водах, используемых для питьевого водоснабжения.