Радиоактивное загрязнения атмосферы

Радиоактивные вещества относятся  к особо опасным для людей, животных и растений. Источники радиоактивного загрязнения в основном техногенного происхождения. К ним относятся:

• экспериментальные взрывы атомных, водородных и нейтронных бомб, различные производства, связанные  с изготовлением термоядерного  оружия, атомные реакторы и электростанции;

• предприятия, где используются радиоактивные вещества;

• станции по дезактивации радиоактивных отходов;

• хранилища отходов атомных  предприятий и установок;

• аварии или утечки на предприятиях, где производится и используется ядерное топливо.

Естественные источники  радиоактивного загрязнения в основном связаны с выходом на поверхность  урановых руд и горных пород, имеющих  повышенную природную радиоактивность (граниты, пегматиты).

Большую опасность для  людей, растений и животных представляют испытания ядерного оружия, аварии и утечки на предприятиях, где используется ядерное топливо.

Радиоактивное загрязнение  атмосферы чрезвычайно опасно, так  как радионуклиды с воздухом попадают в организм и поражают жизненно важные органы человека. Его влияние сказывается  не только на ныне живущих поколениях, но и на их потомках за появления  многочисленных мутаций. Не существует такой малой дозы ионизирующего  излучения, которая была бы безопасна  для человека, растений и животных. Даже в районах умеренного радиоактивного загрязнения увеличивается число  людей, заболевших лейкозами.

В настоящее время радиоактивное  загрязнение атмосферного воздуха  над территорией России определяется глобальным повышенным радиационным фоном, который был создан в результате ранее ядерных испытаний, проводившихся, радиоактивным загрязнением после  катастрофических аварий, произошедших в 1957 г. на военном производственном объединении (ПО) « Маяк »и в 1986 г. на Чернобыльской АЭС. В результате аварии на ПО «Маяк» произошла утечка радиоактивных отходов, сбрасываемых и хранились в «бессточными» озере. В 1957 г. радиоактивный фон озера составлял 120 млн. кюри, что в 24 раза больше, чем фон разрушенного реактора Чернобыльской АЭС. После аварии на ПО «Маяк» радиоактивными веществами была загрязнена площадь 23 тыс. км. Загрязнение атмосферы также произошло в результате переноса ветром радиоактивной пыли с берегов и со дна озера, что обнажилось после засухи.

Различного рода утечки и  неконтролируемые выбросы на предприятиях несколько изменяют радиологическую  обстановку и носят обычно локальный  характер.

Наибольшее загрязнение  атмосферы происходит при взрывах  термоядерных устройств. Изотопы, образующиеся при этом, становятся источником радиоактивного распада в течение длительного  времени. Самые опасные изотопы  стронция-90 (период полураспада 25 лет) и цезия-137 (период полураспада 33 года).

Радиоактивные вещества распространяются не только воздушным путем. В миграции радиоактивных элементов большую  роль играют цепи питания: из воды эти  элементы поглощаются планктоном, который  служит пищей для рыб, они, в свою очередь, поедаются хищными рыбами, рибнимимы птицами и зверями.

Радиоактивное излучение  опасно для человека, вызывает у  него лучевую болезнь с повреждением генетического аппарата клеток. Это  ведет к появлению у людей  злокачественных опухолей, наследственных заболеваний и уродств у потомства.

К опасным факторам антропогенного характера, способствующим серьезному ухудщению качества атмосферы, следует  отнести радиоактивность.

Радиоактивностью называется самопроизвольное превращение неустойчивого  изогона одного химического элемента в изотоп другого элемента, сопровождающееся испусканием элементарных частиц или ядер (например, а-частиц)/

Промежуток времени, в  течение которого разлагается половина первоначального количества радиоактивного элемента, называется периодом полураспада.

К основным видам радиоактивного распада относятся а-распад, р-распад, электронньш захват и спонтанное деление. Часто эти виды радиоактивното распада сопровождаются испусканием

у-лучей, т.е. жесткого (с малой  длиной волны) электромагнитного излучения.

При се-распаде ядро атома  испускает два протона и два  нейтрона, связанные в ядро атома  гелия 2 Не ; это приводит к уменьшению

заряда исходного радиоактивного ядра на 2, а его массового числа  на 4.

Таким образом, в результате а-распада образуется атом элемента, смещенного на два места от исходного  радиоактивного элемента к началу периодической  системы.

Возможность Р-распада связана  с тем, что, по современным представлениям, протон и нейтрон представляют собой  два состояния одной и той  же элементарной частицы - нуклона (от латинского nucleus - ядро). При некоторых  условиях (например, когда избыток  нейтронов в ядре приводит к его  неустойчивости) нейтрон может превращаться в прютон, одновременно «рождая» электрон. Этот процесс можно изобразить схемой:

Нейтрон = протон + электрон

или п=р+е'

Таким образом, при Р-распаде  один из нейтронов, входящих в состав ядра, превращается в протон; возникающий  при этом электрон вылетает из ядра, положительный заряд которого на единицу возрастает.

Изменение заряда ядра при  р-распаде приводит к тому, что  при Р-распаде образуется атом элемента, смещенного на одно место от исходного  радиоактивного элемента к концу  периодической системы.

Элементы, расположенные  в конце периодической системы (после висмута), не имеют стабильных изотопов. Подвергаясь радиоактивному распаду, они превращаются в другие элементы. Если вновь образовавшийся элемент радиоактивен, он тоже распадается, превращаясь в третий элемент, и  так далее до тех пор, пока не получаются атомы устойчивого изотопа. Ряд  элементов, образующийся подобным образом  один из другого, называется радиоактивным  рядом. Примером может служить приводимый ниже ряд урана - после-довательность  продуктов превращения изотопа U, составляющего преобладающую часть  природного урана.

Естественная радиоактивность  атмосферы - это закономерное явление, обусловленное двумя причинами: наличием в атмосфере радона Rn и  продуктов его распада, а также  воздействием космических лучей. Сам  радон, полураспад которого равен 3,8 дня, а также его изотопы первоначально  образуются в земной коре за счет радиоактивного распада урана и тория (над  стрелкой - тип радиоактивного распада; под стрелкой - период полураспада):

Образуясь в грунте, радон  затем через поры почвы проникает  в приземный слой атмосферы, вследствие его захвата естественными аэрозолями переносится в самые верхние  плоскости тропосферы, а его долгоживущие продукты распада, такие, как 21082Pb,2 83Bi и 2 ЛфРо, обнаруживаются и в стратосфере. Атмосферный круговорот радона включает его легкую вымываемость осадками и  осаждение на земную поверхность  под действием силы тяжести.

Космические лучи, проникающие  на Землю из мирового пространства, обычно подразделяют на первичные и  вторичные. В состав первичных космических  лучей входят, главным образом, положительно заряженные частицы (преимущественно  протоны). Они обладают огромными  энергиями и несутся в мировом  пространстве, с колоссальными скоростями. Проникая в земную атмосферу, первичные  лучи уже на высоте около 50 км начинают взаимодействовать с ядрами встречных  атомов, что ведет к образованию  элементарных частиц, называемых пионами (П). Масса пионов - порядка 0,15 а.е.м., заряд их может быть и отрицательным, и положительным, и нейтральным, время жизни - 10"8 с. В слое атмосферы от 50 до 20 км шшги все первичные космические лучи расходуют свою энергию, которая передается вызванному ими вторичному космическому излучению. Последнее слагается в основном из мюонов (ц), представляющих собой частицы с массами порядка 0,11 ае.м., несущие положительный или отрицательный заряд и живущие не более 2-10 с, а также электронов* позитронов и у-лучей. Вторичные космические лучи, доходящие до поверхности Земли, подразделяются на «мягкие» и «жесткие», первые из которых поглощаются толщей свинца и состоят в основном из электронов и позитронов, а вторые - это мюоны, обладающие большой проникающей способностью.

Возникновение радиоактивных  изотопов объясняется тем, что космические  лучи, проникающие в атмосферу  со скоростям», близкими к скорости света, сталкиваются с ядрами компонентов  воздуха, движущихся со сравнительно небольшими скоростями (порядка 0,5 -1 км/с), вызывают ядерные реакции превращения  одного вещества в другое. Главными радиационными частицами, обусловливающими радиоактивный фон атмосферы  под влиянием космических лучей, являются тритий (,3#) и радиоуглерод (64С). Образование трития происходит за счет взаимодействия атмосферного азота с нейтронами

Имеются, однако, и другие пути образования трития, в частности  за счет взаимодействия атмосферного азота с протонами высоких  энергий и атмосферного кислорода  и нуклонами. В свою очередь, распад трития приводит к образованию гелия

Общее количество трития на земном шаре оценивается величиной 12 кг. Образование радиоуглерода (^вызвано  таким взаимодействием атмосферного азота с нейтронами, в процессе которого возникает неустойчивый радиоактивный  азот (75 ^генерирующий 6 С и протон (±ру

Характерно при этом, что  распад "С вновь приводит к  образованию стабильного азота: *'

,4C=L4iV + е

предопределяя тем самым  обратимость процесса. По имеющимся  данным, равновесная концентрация радиоуглерода  и6С на земном шаре оценивается на сегодня величиной 8-104 кг.

Обращает на себя внимание, что содержание трития и радиоуглерода  в стратосфере значительно больше, чем в тропосфере. Это говорит  о том, что указанные радиоизотопы возникают именно под действием  космических лучей. Кроме того, образование  и концентрация в атмосфере указанных  изотопов имеют минимум у экватора и растут по направлению к магнитным  полюсам Земли, подобно тому, как  это отмечается и для распределения космических лучей. Это также служит подтверждением того, что радиоизотопы водорода и углерода возникают в атмосфере под действием космических лучей. Их влияние обусловливает появление и других радиоизотопов, вносящих свой вклад в радиоактивный фон атмосферы. Так, под действием космических лучей на атмосферный аргон образуется радиоизотоп хлора \пС1):

?Аг + ^=?79СЙ> + И, (1.38)

(где v - элементарная частица,  называемая нейтрино), а также  изотоп самого аргона:

Наличие в атмосфере рассмотренных  выше радиоизотопов обусловлено  в целом так называемой «естественной» ра/щрактивностью, к которой живые  элементы биосферы хорошо адаптировались в процессе эволюции. Что касается антропогенных радиоактивных факторов, опасных по своим последствиям, то они связаны главным образом  с «искусственной» радиоактивностью. При ядерных взрывах большая  часть изотопов образуется в результате деления урана-235, урана-238 и плутония-239. Известно, что через несколько  десятков секунд после взрыва образуется примерно 100 различных изотопов, двадцать девять из которых вносят наибольший вклад в радиоактивность атмосферы через час, двадцать - через двое суток, а три - через 100 лет. Основные радиоактивные изотопы, встречающиеся в атмосфере в результате ядерных взрывов, приведены в табл. 5

Таблица 5 Основные радиоактивные  изотопы, обнаруживаемые в атмосфере  после ядерного взрыва

Изотоп 89 г, ззЬг 90 о„ 4<>Zr 131 т 531 13755CS ,405бВа ,4458Се

- 51 день 27,7 лет 65 дней 8 дней 28,8 лет 12,8 дня 28 дней

Во время ядерных взрывов  радиоактивные вещества находятся  в газообразном состоянии и по мере понижения температуры конденсируются в аэрозольное облако. Наиболее крупные  частицы, радиусом 20 мкм, достаточно быстро выпадают из атмосферы и оседают  на земной поверхности. Мелкие же частицы, радиусом от 1 до 10 мкм, попадают не только в верхние плоскости тропосферы, но и в стратосферу, обусловливая так называемое «глобальное» выпадение

Загрязнение атмосферного воздуха

Под загрязнением атмосферного воздуха следует понимать любое  изменение его состава и свойств, которое оказывает негативное воздействие  на здоровье человека и животных, состояние  растений и экосистем. Загрязнение  атмосферного воздуха одна из самых  значительных проблем современности

Загрязнение атмосферы может  быть естественным (природным) и антропогенным (техногенным).

Естественное загрязнение  воздуха вызвано природными процессами. К ним относятся вулканическая  деятельность, выветривание горных пород, ветровая эрозия, массовое цветение растений, дым от лесных и степных пожаров  и др. Антропогенное загрязнение  связано с выбросом различных  загрязняющих веществ в процессе деятельности человека. По своим масштабам  оно значительно превосходит  природное загрязнение атмосферного воздуха.

В зависимости от масштабов  распространения выделяют различные  типы загрязнения атмосферы: местное, региональное и глобальное. Местное  загрязнение характеризуется повышенным содержанием загрязняющих веществ  на небольших территориях (город, промышленный район, сельскохозяйственная зона и  др.) (рис. 13.1). При региональном загрязнении  в сферу негативного воздействия  вовлекаются значительные пространства, но не вся планета. Глобальное загрязнение  связано с изменением состояния  атмосферы в целом.

По агрегатному состоянию  выбросы вредных веществ в  атмосферу классифицируются на: 1) газообразные (диоксид серы, оксиды азота, оксид  углерода, углеводороды и др.); 2) жидкие (кислоты, щелочи, растворы солей и др.); 3) твердые (канцерогенные вещества, свинец и его соединения, органическая и неорганическая пыль, сажа, смолистые вещества и прочие).

Главные загрязнители (поллютанты) атмосферного воз.-духа, образующиеся в процессе производственной и иной деятельности человека — диоксид  серы (SO?), оксиды азота (N0 ), оксид углерода (СО) и твердые частицы. На их долю приходится около 98% в общем объеме выбросов вредных веществ. Помимо главных  загрязнителей в атмосфере городов  и поселков наблюдается еще более 70 наименований вредных веществ, среди  которых — формальдегид, фтористый  водород, соединения свинца, аммиак, фенол, бензол, сероуглерод и др. Однако именно концентрации главных загрязнителей (диоксид серы и др.) наиболее часто  превышают допустимые уровни во многих городах России.

Суммарный мировой выброс в атмосферу четырех главных  загрязнителей (поллютантов) атмосферы  составил в 1990 г. — 401 млн т, а в  России в 1991 г. — 26,2 млн т (табл. 13.1). В 2002 г. в России выбросы в атмосферу  диоксида серы, оксидов азота, оксида углерода и углеводородов только от стационарных источников составили 19, 5 млн тонн/Кроме указанных главных  загрязнителей в атмосферу попадает много других очень опасных токсичных  веществ: свинец, ртуть, кадмий и другие тяжелые металлы (источники выброса: автомобили, плавильные заводы и др.); углеводороды (CnHm), среди них наиболее опасен бенз(а)пирен, обладающий канцерогенным действием (выхлопные газы, топка котлов и др.), альдегиды, и в первую очередь формальдегид, сероводород, токсичные летучие растворители (бензины, спирты, эфиры) и др.

Наиболее опасное загрязнение  атмосферы — радиоактивное. В  настоящее время оно обусловлено  в основном глобально распределенными  долгоживущими радиоактивными изотопами  — продуктами испытания ядерного оружия, проводившихся в атмосфере  и под землей. Приземный слой атмосферы  загрязняют также выбросы в атмосферу  радиоактивных веществ с действующих  АЭС в процессе их нормальной эксплуатации и другие источники.

Особое место занимают выбросы радиоактивных веществ  из четвертого блока Чернобыльской  АЭС в апреле — мае 1986 г. Если при  взрыве атомной бомбы над Хиросимой (Япония) в атмосферу было выброшено 740 г радионуклидов, то в результате аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 г. суммарный выброс радиоактивных  веществ в атмосферу составил 77 кг.

Еще одной формой загрязнения  атмосферы является локальное избыточное поступление тепла от антропогенных  источников. Признаком теплового (термического) загрязнения атмосферы служат так  называемые термические зоны, например, «остров тепла» в городах, потепление водоемов и.т. п.

В целом, если судить по официальным  данным на 2004 г., уровень загрязнения  атмосферного возуха в нашей стране, особенно в городах России, остается высоким, несмотря на значительный спад производства, что связывают прежде всего с увеличением количества автомобилей.

Основные загрязнители

Оксид углерода

Оксиды азота

Диоксид серы

Углеводороды

Альдегиды

Тяжёлые металлы (Pb, Cu, Zn, Cd, Cr)

Аммиак

Атмосферная пыль

Радиоактивные изотопы

 

Окись углерода (СО) — бесцветный газ, не имеющий запаха, известен также  под названием «угарный газ». Образуется в результате неполного сгорания ископаемого топлива (угля, газа, нефти) в условиях недостатка кислорода  и при низкой температуре. При  этом 65 % от всех выбросов приходится на транспорт, 21 % — на мелких потребителей и бытовой сектор, а 14 % — на промышленность[источник не указан 511 дней]. При вдыхании угарный  газ за счёт имеющейся в его  молекуле двойной связи образует прочные комплексные соединения с гемоглобином крови человека и  тем самым блокирует поступление  кислорода в кровь.

Двуокись углерода (СО2) —  или углекислый газ, — бесцветный газ с кисловатым запахом и  вкусом, продукт полного окисления  углерода. Является одним из парниковых газов.

Диоксид серы (SO2) (диоксид  серы, сернистый ангидрид) — бесцветный газ с резким запахом. Образуется в процессе сгорания серосодержащих ископаемых видов топлива, в основном угля, а также при переработке  сернистых руд. Он, в первую очередь, участвует в формировании кислотных  дождей. Общемировой выброс SO2 оценивается  в 190 млн тонн в год. Длительное воздействие  диоксида серы на человека приводит вначале  к потере вкусовых ощущений, стесненному  дыханию, а затем — к воспалению или отеку лёгких, перебоям в сердечной  деятельности, нарушению кровообращения и остановке дыхания.

Оксиды азота (оксид и  диоксид азота) — газообразные вещества: монооксид азота NO и диоксид азота NO2 объединяются одной общей формулой NOх . При всех процессах горения  образуются окислы азота, причем большей  частью в виде оксида. Чем выше температура  сгорания, тем интенсивнее идет образование  окислов азота. Другим источником окислов  азота являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту  и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения. Количество окислов азота, поступающих  в атмосферу, составляет 65 млн тонн в год. От общего количества выбрасываемых  в атмосферу оксидов азота  на транспорт приходится 55 %, на энергетику — 28 %, на промышленные предприятия  — 14 %, на мелких потребителей и бытовой  сектор — 3 %.

Озон (О3) — газ с характерным  запахом, более сильный окислитель, чем кислород. Его относят к  наиболее токсичным из всех обычных  загрязняющих воздух примесей. В нижнем атмосферном слое озон образуется в  результате фотохимических процессов  с участием диоксида азота и летучих  органических соединений.

Углеводороды — химические соединения углерода и водорода. К  ним относят тысячи различных  загрязняющих атмосферу веществ, содержащихся в несгоревшем бензине, жидкостях, применяемых в химчистке, прoмышленных  растворителях и т. д.

Свинец (Pb) — серебристо-серый  металл, токсичный в любой известной  форме. Широко используется для производства красок, боеприпасов, типографского  сплава и т. п. Около 60 % мировой добычи свинца ежегодно расходуется для  производства кислотных аккумуляторов. Однако основным источником (около 80 %) загрязнения атмосферы соединениями свинца являются выхлопные газы транспортных средств, в которых используется этилированный бензин.

Промышленные пыли в зависимости  от механизма их образования подразделяются на следующие 4 класса:

механическая пыль — образуется в результате измельчения продукта в ходе технологического процесса;

возгоны — образуются в  результате объёмной конденсации паров  веществ при охлаждении газа, пропускаемого  через технологический аппарат, установку или агрегат;

летучая зола — содержащийся в дымовом газе во взвешенном состоянии  несгораемый остаток топлива, образуется из его минеральных примесей при  горении;

промышленная сажа — входящий в состав промышленного выброса  твёрдый высокодисперсный углерод, образуется при неполном сгорании или  термическом разложении углеводородов.

Основными источниками антропогенных  аэрозольных загрязнений воздуха  являются теплоэлектростанции (ТЭС), потребляющие уголь. Сжигание каменного угля, производство цемента и выплавка чугуна дают суммарный  выброс пыли в атмосферу, равный 170 млн  тонн в год [2].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВЫВОДЫ

Таким образом, радиоактивные  вещества занимают особое место среди  загрязняющих окружающую среду агентов.

Радиоактивный фон нашей  планеты складывается из четырех  основных компонентов:

- излучения от космических  источников;

- излучения от рассеянных  в окружающей среде первичных  радионуклидов;

- излучения от естественных  радионуклидов, поступающих в  окружающую среду от производств,  непредназначенных непосредственно  для их получения;

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

Все живые организмы на Земле являются объектами воздействия  ионизирующих излучений. Воздействие  ионизирующего излучения на живой  организм называется облучением. Результатом  облучения являются физико-химические и биологические изменения в  организмах.

В настоящее время антропогенное  воздействие на окружающую среду  становится настолько значительным, что представляет опасность для  благополучного существования всего  человечества. Да и техногенные опасности  выросли до размеров крупных проблем  цивилизации. Поэтому одной из задач  становится обучение технических специалистов принципам обеспечения безопасности индустрии, энергетики, в частности, с целью предотвращения тяжелых  технических аварий и экологических  катастроф. Важным также является строгое  соблюдение принципов радиационной безопасности:

1. Не превышать установленного  основного дозового предела;

2. Исключить всякое необоснованное  облучение;

3. Снижать дозы облучения  до возможно низкого уровня.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

 

1. Бабаев Н.С., Демин В.Ф., Ильин Л.А. и др. Ядерная энергетика: человек и окру-жающая среда. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 235 с.

2. Козлов Ф.В. Справочник  по радиационной безопасности. - М.: Энергоатом-издат, 1991. - 352 с.

3. Москалев Ю.И. Отдаленные  последствия воздействия ионизирующих  излуче-ний. - М.: Медицина, 1991. - 464 с.

4. Радиация: Дозы, эффекты,  риск. Пер. с англ. Ю.А.Банникова. - М.: Мир, 1988. - 79 с.

5. Сивинцев Ю.В. Радиация  и человек. - М.: Знание, 1987. - 235 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Министерство образования  и науки Украины

Горловский государственный  педагогический институт

Иностранных языков

Факультет заочного и дистанционного обучения

 

 

 

 

 

Реферат

По теме: «Радиоактиные загрязнения атмосферы»

 

 

 

 

 

 

Выполнила:

Студентка III курса

Група – 31

Микитина Марина

Проверил:

Долженко В. А.

 

 

 

 

 

Горловка - 2012