Лекция на тему "Радиационное загрязнение"

Радиационное загрязнение

Общая характеристика. 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 нашей стране и в других государствах СНГ находится на втором месте после химического загрязнения.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Как видно из вышеприведенной таблицы, 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.

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.

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.

Радиациялық ластану
Радиациялық ластану-қоршаған ортаға өте қауіпті әсер әкелетін физикалық ластанудың түрі. Бұл ластану адам денсаулығы мен тірі организмдерге радиациялық сәулелену арқылы зиянды әсер жасайды. Қазіргі уақытта дамыған елдерде ядролық энергетиканың дамуына байланысты қоршаған ортаның радиациялық ластануы үлкен қауіп туғызады.Ластанудың бұл түрі химиялық ластанудан кейін екінші орынға шықты.
Радиацияның ағзаға беретін энергия мөлшері сәулелену дозасы деп аталады. "Күн өтіпті" деген халық диагностикасы мен "сәулелік ауру" деген қазіргі медицина диагностикасы арасында тура байланыс бар. Жаздың ыстық күндерінде білмеген адамға ерсі көрінгенімен, өзбек пен тәжіктің ала шапан киюінде, қырғыз бен түрікменнің ақ киіз қалпағы мен елтірі бөрігін, дала қазағының түйе жүн шекпенін тастамауында, халықтың радиациядан қорғануының ғасырлық тәжірибесі жатыр. Күні шуақты елдердегі әйелдердің бетін, денесін бүркеп жүруінің де бір сыры осында жатыр.

Шынында да, Күн бетінен келетін радиация біркелкі емес. Алапат қысым, ғаламат температура жағдайында Күн төсінен ыстық плазма оқтын-оқтын буырқана атқылап, жүздеген мың километрге шапшып, төңірегіне тарайды. Осындайда өте өтімді күн радиациясынан денені қорғамау денсаулыққа зиян келтіреді.
Радияциадан қорғану
Табиғи және жасанды радиоактивті изотоптарда ядролардың өздігінен ыдырау процесі үздіксіз жүріп жатады. Демек, олар сыртқы ортаға туынды белшектерді, гамма кванттарын үнемі атқылаумен болады. Радиоактивті сәулелер кейде радиация немесе иондағыш сәулелер деп аталады. Олардың кинетикалық және электромагниттік энергиялары үлкен шама құрайды. Сондықтан ондай бөлшектер жолындағы денелердің атомдары мен молекулаларының химиялық-физикалық касиеттерін өзгертіп иондайды, олардың араларындағы қалыпты байланыстарды үзеді. Сөйтіп, биологиялық денелер де, басқа табиғи денелер де өзгеріске ұшырайды. Әсіресе тірі табиғат: адам мен жан-жануарлар, өсімдіктер мен басқа да тіршілік иелері зор зардап шегеді.
Айналадағы ортаны радиация қалдықтарымен ластау — адамға да, табиғатқа да жасалған зиянкестік. Сондықтан атомдық реакторлар мен атомдық электр станцияларын салуда, уран өндіруде, олардан шығатын радиоактивті қалдықтардан сақтануды ескеріп, жеті рет өлшеп, бір рет кескен жөн. Атом энергиясын қауіпсіз өндіру адамзатқа қойылып отырған үлкен сын, онсыз өркениеттің өрге басуы мүмкін емес. Алайда радиоактивті қалдықтарды залалсыздандыру немесе қауіп келтірместей етіп сақтау адамзат алдындағы ең күрделі мәселелердің біріне айналып отыр. Бұл мәселелерді оңтайлы шешу үшін ұлттық деңгейде арнайы радиациялық қауіпсіздік шаралары қабылданып, іске асырылуы керек. Кері жағдайда табиғатта үздіксіз жүріп жататын зат алмасулары салдарынан, радиоактивті бөлшектер жер бетіндегі тіршілік атаулыны бірте-бірте жояды. Міне, сондықтан қоршаған табиғи ортаның тазалығын сақтауда әр адамға зор жауапкершілік жүктеледі.
1) радиактивті заттрдың бөлінуінің нәтижесінде пайда болатын альфа- (гелий ядросы), бета- (жылдам электрондар) бөлшектердің және гамма – сәулелердің әсерінен болатын радияциялық ластану (физикалық ластану түрі);
Радиациялық ластанудың көздері.Радиациялық қауіптердің әсерлері шыққан тегі бойынша табиғи және антропогенді болып бөлінеді. Табиғи факторларға қазба рудалары, жер қабатындағы радиактивті элементтердің бөлінуі кезіндегі сәулелену және т.б. жатады. Радиациялық қауіптің антропогендік әсерлеріне радиактивті затарды өндіруге және қолдануға, атом энергиясын өндіруге және ядролық қаруды сынауға байланысты жұмыстар жатады. Сонымен адам өміріне өте қауіпті радиациялық антропогендік әсерлер адамзаттың мына іс — әрекеттерімен тығыз баланысты:
Бұлар қоршаған ортаны радиактивті элементтермен және радиациялық сәулеленмен ластады. Бұдан басқа атом өнеркәсібі радиактивті қалдықтрдың көзі болып, адамзатқа жаңа үлкен қауіпті және әлі шешімін таппаған мәселені – оларды көму мен жою мәселелерін алп келді.

Келесі бір қауіпті радионуклид – стронций – 90, ол ядролық сынақтардың нәтижесінде түзіледі. Ол ағзаға асқазан – ішек трактісі, өкпе, тері жабыны арқылы түсіп, қаңқа мен жұмсақ ұлпаларға жинақталады. Стронциц қанада потологиялық құбылыстарды тудырады, ішке қанның құйылуына, сүйек кемігінің құрылысынның бұзылуына әкеліп соғады. Зақымданған соң ұзақ мерзімнен кейін (келесі ұрпақтарда) ісіктер, ақ қан ауруы болуы мүмкін.
Атом бомбалары мен уран кеніштерін айтпағанның өзінде, атомдық реакторлар мен атомдық электр станциялары да радиацияның көзі болып табылады. Сондай-ақ Күн радиациясының, ғарыштан келетін басқа да бөлшектердің зиянды әсерін де білуіміз қажет. Ол үшін изотоптардың сәуле атқылау белсенділігін, сондай-ақ радиацияға душар болған денелердің алған сәулелерінің мөлшер-дозасын нақты білу қажет. Қандай доза шегінде жұмыс істеуге болады, қандай доза денсаулыққа зиян немесе адам өміріне қауіпті деген сұрақтарға да жауап беруіміз керек.
Иондағыш сәулелерден қорғана білу үшін олардың өтімділік қасиеттерін білген жөн. Радиоактивті изотоптармен жұмыс істегенде, олардың өтімділігіне орай тиісті қауіпсіздік ережесін бұлжытпай орындау керек.

Альфа-бөлшек парақ қағазға тұтылып, одан өте алмайды. Алайда адам терісінде қалып қойса немесе ішкі органдарына тыныс жолымен, яғни жеген тағамы арқылы етіп кетсе, өте қауіпті.

Бета-бөлшектердің өтімділік қабілеті үлкен. Олар адам ағзасына 1—2 см тереңдеп ене алады. Алайда бірнеше миллиметр алюминий қаңылтыры оны толық жұтып алады.

Гамма-сәуленің өтімділік қабілеті аса күшті. Сондықтан одан қорғану үшін корғасынның немесе бетон плиталардың калың қабаты пайдаланылады.
Изотоптардың активтілігі (беменділігі) деп олардың бір секундта ыдыраған ядроларының санын айтады.

Активтіліктің өлшем бірлігіне беккерель (Бк) алынды. Бұл бірлік активтілікті ашқан Беккерельдің құрметіне аталған. Мысалы, қандай да бір заттың 1 с ішінде 504 ядросы ыдыраса, оның активтілігі 504 Бк болады. Ертеректе активтілік бірлігіне кюри (Ки) алынған еді. 1 Ки = 3,7 • 1010 Бк.

Тірі ағза клеткаларының радиациядан алған энергиясы мол болған сайын, олардың биофизикалық қасиеттері өзгеріп, тіпті генетикалық деңгейдегі бұзылуы арта береді. Сондықтан радиацияның ағзаға беретін энергия мөлшерін бағалай білудің маңызы зор.
Based on Jim Harvey's speech structures
2) қоршаған ортадағы радиактивті заттардың мөлшерінің көбеюіне байланысты болатын ластану (химиялық ластану түрі.
Ортаның радиактивті ластануына атом қаруына сынау аз үлесін қосқан жоқ, ол радионуклеиттер жауын – шашынның түсуіне әкеледі.Радионуклеиттер – бұл элементтердің электрондарды атомдардан шығарып, олард басқа атомдарға оң және теріс иондар жұбын түзуімен қосуға қабілетті радиобелсенді сәулелену шығаратын изотоптар. Мұндай сәулеленуді иондаушы деп атайды.Гелий ядроларынан (альфа-сәулелену) немесе жлдам электрондардан (бета-сәулелену) тұратын бөлшектер ағынын корпускулалық сәулелену – бұл гамма-сәулелену мен оған жақын рентгендік -сәулелену. Альфа- және бета-сәулелену негізінен организмге түскен кезде оған әсер етеді, ал гамма-сәулелену организмнен тысқары тұрып та әсер ете алады.
- атом өнеркәсібі;

- ядролық жарылыстар;

- ядролық энергетика;

- медицина мен ғылым.
Изотоптардың активтілігі (беменділігі) деп олардың бір секундта ыдыраған ядроларының санын айтады.

Активтіліктің өлшем бірлігіне беккерель (Бк) алынды. Бұл бірлік активтілікті ашқан Беккерельдің құрметіне аталған. Мысалы, қандай да бір заттың 1 с ішінде 504 ядросы ыдыраса, оның активтілігі 504 Бк болады. Ертеректе активтілік бірлігіне кюри (Ки) алынған еді. 1 Ки = 3,7 • 1010 Бк.

Тірі ағза клеткаларының радиациядан алған энергиясы мол болған сайын, олардың биофизикалық қасиеттері өзгеріп, тіпті генетикалық деңгейдегі бұзылуы арта береді. Сондықтан радиацияның ағзаға беретін энергия мөлшерін бағалай білудің маңызы зор.
Дененің бір килограмында жұтылған радиация энергиясының мөлшері жұтылған доза деп аталады:

D=E/m
мұндағы Е—ағзада (денеде) жұтылған радиация энергиясы, яғни сәулелену дозасы; m—дененің массасы.
Қоршаған ортада табиғи радиация (ғарыш сәулесі, радиоактивті элементтердің шығаратын сәулелері) әрқашан болған, бар және бола да бермек. Оны радиацияның табиғи фоны дейді. Ондай фон қоршаған ортадағы барлық денелерде, соның ішінде адамда да бар. Табиғи фонның есебінен бір адам жылына 2 • 10 3 Гр радиация алады.

Радиоизотоптармен жұмыс жасайтын адамдар үшін бір жылдық шекті босатылған доза (ШБД) 0,05 Гр-ден аспауы керек. Қысқа уақытта алынған 3—10 Гр адам өміріне аса қауіпті. Елді мекен тұрғындарының бір жыл ішінде алатын шекті босатылған дозасы 5 • 10~3 Гр = 5 мГр-ден аспауы тиіс.