Экологические последствия ядерных взрывов в мирных целях

Содержание
Содержание
Введение
Глава 1. Обзор литературы.
1.1. Радиоэкология, как наука. Документы, регламентирующие ограничение ядерных испытаний. Роль ядерной энергетики в воздействии на биосферу.
1.1.1. Роль ядерных испытаний в радиоактивном загрязнении биосферы и документы, ограничивающие эти испытания
1.1.2. Роль ядерной энергетики в изменении радиоэкологической ситуации
1.1.3. Радиационное загрязнение окружающей среды от радиационных аварий и ядерных взрывов
1.2. Характеристика некоторых радионуклидов, имеющих наибольшее радиоэкологическое значение
1.2.1 Уран
1.2.2. Радий
1.2.3. Радон
1.2.4. Торий
1.2.5. Торон
1.2.6. Калий-40
1.2.7. Рубидий-87
1.2.8. Искусственные радионуклиды
1.3. Влияние радиационного воздействия на литосферу
1.4. Влияние радиационного воздействия на гидросферу
1.5. Влияние радиационного воздействия на атмосферу
1.6. Биологическое действие радиоактивного излучения
1.6.1. Защита от радиационного воздействия
2. Крупнейшие аварии на АЭС
2.1. Авария на Чернобыльской АЭС
2.2. Авария на Южном Урале
2.3. Авария на АЭС Фукусима
Заключение
Литература

Экологические последствия ядерных взрывов в мирных целях

1600 – 10000
1000
8.
Co
10 – 560
20 – 500
9.
Zn
500 – 9800
1000 – 1440
10.
Sr
2 – 330
5 – 150
11.
Y
10 – 250
30 – 100
12.
Zr
1 – 150
3 – 100
13.
Nb
100 – 1000
30 000
14.
Ru
1 – 100
10 – 17
15.
Sb
140 – 1000
1
16.
Cs
13 - 30
400 - 3000
Для оценки накопления радионуклидов Катковым А. Е. и др. были определены коэффициенты накопления для ряда радионуклидов в экспериментальном материале (вода, грунт, бионты) из Ладожского озера и Финского залива. Было выявлено, что сопоставляемые сведения, характеризующие различные экосистемы региона, существенно различаются. Коэффициент накопления во всех тканях рыб для стабильных железа, кобальта, меди, циркония и свинца различались в 100—1000 раз. Достоверность приведенных материалов подтверждается литературными сведениями, характеризующими морские и пресноводные системы.
Кроме того, рассчитаны Кн для Ti, V и Ni для мышц и раковин моллюсков Ладожского озера, которые оказались равными соответственно 0,08 и 0,66; 0,10 и 14,3; 0,01 и 0,51. Было выявлено, что в гидробионтах концентрация микроэлементов соизмерима с их концентрацией в донных отложениях (различаются, как правило, в пределах числового порядка), причем в мышцах концентрация исследованных микроэлементов лишь изредка превышала их концентрацию в грунте.
Таблица 3
Кн некоторых химических элементов тканями рыб Ладожского озера (Л) и Финского залива (Ф) и личинками хирономид (ЛХ) одного из озер Приладожья (озеро Вуокса (В)
№
Эле-мент
Мышцы рыб
Скелет рыб
Кожа рыб
ЛХ
Л
Ф
Л
Ф
Л
Ф
В
1.
Ti
1,1 ±0,1
0,08 ± 0,01
5,6 ± 0,6
0,5 ± 0,03
1,7 ± 0,1
3±0,5
2.
V
3,4 ± 1,1
0,4 ± 0,2
138 ± 11
4,0 ± 0,3
19 ±2
0,6 ± 0,1
12 ±2
3.
Cr
2,7 ± 0,6
2,0 ± 0,4
46 ±2
40 ± 1
15± 1
3,2 ± 0,3
4.
Mn
0,8 ± 0,1
2,0 ± 0,1
7,0 ± 0,8
20 ± 1
16 ±2
5.
Fe
0,3 ± 0,1
0,03 ± 0,01
1,9 ±0,2
0,3 ±0,02
1,4 ±0,1
0,07± 0,01
6.
Co
17,0 ± 2,5
5,0 ± 0,6
138 ± 10
50 ± 1
47 ±5
4,4 ± 0,4
7.
Ni
2,2 ± 0,3
1,0 ± 0,1
9,5 ± 0,5
10± 1
5 ±0,7
4,0 ± 0,7
8.
Cu
21,0 ±2,0
10,0 ± 3,0
94 ± 5
102 ±5
43 ±4
20 ± 1
4,0 ± 0,3
9.
Zn
59,0 ± 4,7
20,0 ± 1,0
161 ± 15
106 ±9
111 ± 10
50 ±4
26 ±5
10.
Sr
4,2 ± 0,3
182 ±14
30 ± 1
20 ± 1
9±1
11.
Zr
3,7 ± 0,4
4,0 ± 0,5
16 ±2
40 ± 2
5,3 ± 0,2
12.
Mo
21,0 ±0,8
1,0 ±0,5
148 ± 10
3,1 ± 0,6
13.
La
52,0 ± 0,5
2,0 ± 1,0
28 ± 2,6
20 ± 1
15±3
9± 1
14.
Pb
63,0 ±0,1
2,0 ± 0,2
194 ± 15
200 ± 31
1,0 ±0,2
Основная часть радионуклидов, попадающих в водоемы, через некоторое время оказывается в донных отложениях. Критериями загрязнения донных отложений служат: коэффициент накопления радионуклидов (количественное выражение динамического равновесия между водой и грунтом в виде соотношения концентраций радионуклидов в этих средах); коэффициент распределения радионуклидов (показатель соотношения общего количества радионуклида между водой и грунтом в водоеме); степень адсорбции радионуклида (оценка поглотительной емкости грунта).
Тепловой фактор изменяет темп обменных процессов у пойкило-термных бионтов, однако накопление химического элемента в теплых и холодных условиях является одинаковым и различается лишь интенсивностью процессов аккумуляции элементов. Были проведены оценки изменений Кн за промежуток времени, достаточный для накопления радионуклидов рыбой и ее добычи в течение одного сезона.
Изучение изменения температуры в сдвиге количественных значений радиоэкологических критериев одинаково актуально как для континентальных водоемов, так и для морской системы, прежде всего для зоны материковой отмели (шельфа). Из континентальных биогидроценозов интерес представляют прежде всего водоемы-охладители АЭС и ТЭС, на десятках квадратных километров акватории которых реально возможен градиент температуры 15 °С и более. В морских водоемах суточный градиент температуры в "слое скачка" на глубине 25 м достигает 18 С. Кроме того, около половины времени года промысловые и судоходные районы континентального шельфа северных и восточных регионов страны покрыты льдом с сезонным диапазоном температуры воды от -1,6 до + 21 ° С.
В лабораторных исследованиях установлено, что Кн многих радионуклидов гидробионтами прямо пропорционален температуре окружающей среды. Темп накопления искусственных радионуклидов высок: равновесные значения Кн большинства радионуклидов достигают в течение 1-2 -недельной экспозиции рыбы в среде, содержащей радионуклиды.
Характерной особенностью поглощения радионуклидов рыбой является смена интенсивной первичной поверхностной адсорбции покровными тканями и жаберным аппаратом, что отчетливо выражено при 0°С, физиологически активным накоплением радионуклидов во внутренних тканях и висцеральных органах, происходящим преимущественно в летних условиях. Отмеченная закономерность наблюдается как при усвоении исследованных радионуклидов в результате процессов, контролируемых гомеостатическими механизмами, так и при поглощении рыбами тех радионуклидов, которые не относятся к числу биологически необходимых (например, 210Ро). Это свидетельствует о неспецифичности данного явления.
Известно, что на протяжении ряда лет во многих странах в моря и океаны в виде радиоактивных отходов сбрасывались искусственные радионуклиды. Например, восемь стран Европейского экономического сообщества — в Северную Атлантику, Англия — в Ирландское море, СССР — в Белое, Баренцево и Карское моря. В этих местах имеются весьма высокие уровни радиационного загрязнения, до 500 Бк/кг Рu в илах губы Черной вблизи Новой Земли.Error: Reference source not found Несмотря на это, пока средние содержания ИРН в морской воде ниже их ПДК более чем на два порядка. Среднее содержание плутония в океане составляет 0,15·1015 г/л. Суммарная активность естественных радионуклидов Мирового океана (18,5·1020 Бк) на два порядка превышает активность от ИРН (5,5·1019 Бк). Error: Reference source not found
1.5. Влияние радиационного воздействия на атмосферу
Пути поступления радиоактивных веществ в атмосферу различны. Если радон и торон поступают в воздух из земных пород и водоёмов, являясь продуктами естественного радиоактивного распада радия и тория, то углерод и тритий образуются из атомов азота и водорода воздуха в процессе бомбардировки их нейтронами космического излучения. Аэрозоли 84Ро; 83Bi и ряда других элементов возникают в воздухе вследствие распада радона и торона; 40К, уран, радий и другие элементы поступают в воздух в процессе выветрива­ния и разрушения земных пород, в процессе разложения органичес­ких соединений.
Накопление ИРН в атмосфере было максимальным во время массовых ядерных взрывов в 1961-1963 гг. В это время биологически активные ИРН накапливались в продуктах питания и в человеке. Затем после запрещения ядерных испытаний в атмосфере количество радионуклидов снижалось.
Глобальное загрязнение 239Рu произошло в результате его распределения после аварии американского спутника 1964 г. Значительные региональные загрязнения атмосферы ИРН произошли при радиационных авариях: на реакторе в Уиндскейле, Великобритания (1957 г.), радиохимическом заводе в Айдахо, США (1961 г.), АЭС «Три-Майл-Айленд», США (1979 г.) и самых крупных — на ПО «Маяк» в Челябинской области (1957 г.) и Чернобыльской АЭС (1986 г.). В настоящее время по своим последствиям к ним приближается авария на АЭС Фукусима-I.
В атмосфере изотопы плутония и рутения вместе с другими ИРН переносятся в форме аэрозолей и «горячих частиц». Перенос последних размером менее 20 мкм, попавших в верхние слои атмосферы при наземных мощных (>1Мт) ядерных и термоядерных взрывах и аварии на Чернобыльской АЭС, продолжается десятки лет. Аэрозольный перенос более крупных частиц ИРН длится 8— 12 недель. Длительность нахождения в атмосфере и расстояния аэрозольного переноса зависят от размера частиц. Мельчайшие частицы могут летать многие сотни и даже тысячи лет. Состав ИРН, поступавших от ядерных взрывов в атмосфере, отличается от состава ИРН, распространяющихся при авариях на радиохимических заводах и АЭС.
1.6. Биологическое действие радиоактивного излучения
Биологически активные ИРН интенсивно мигрируют по звеньям трофической цепи биоценозов. Трансурановые элементы и 1311 накапливаются в отдельных звеньях, включая человека. В молоке и сливках активности 90Sr, 137Cs и 131I распределяются примерно в равных долях. В твороге и кисломолочных продуктах возрастает относительная активность Sr. ИРН в большей степени накапливаются в многолетних и однолетних травах по сравнению с зерновыми сельскохозяйственными культурами.
Отмечено, что в пищевой цепочке водоемов вода → рыба → водоплавающие птицы → человек 137Cs накапливается в десятки раз более интенсивно, чем 90Sr. При этом радиоцезий концентрируется преимущественно в тушках рыб, а радиостронций — в их костях. В осенне-зимний период в холодной воде ИРН накапливаются в рыбах в 3—5 раз меньше, чем летом. Высокие коэффициенты накопления ИРН отмечены для уток, лысух и казарок. Попадая в растения, животных и человека, ИРН оказывают негативное воздействие. При этом комбинированное влияние различных ИРН усиливает токсикоз и канцерогенез.
Основной вклад в формирование средней дозы облучения человека в течение всей его жизни дают естественное облучение (72%) и медицинские процедуры (26 %), остальное - от последствий ядерных взрывов в атмосфере и атомной энергетики. При этом основной вклад в естественное облучение вносит радон (и продукты его распада) - 54 %, внутреннее и внешнее β - и у-излучения дают еще по 15.5%, космическое излучение - 14 %. Поэтому в последние годы радиологическое влияние радона на население привлекает большое внимание. Как известно, изотопы радона являются членами трех естественных радиоактивных рядов - урана 238U, тория 232Th и актиноурана 235U, причем вклад изотопов первых двух рядов (222Rn и 220Rn) - наибольший.
Столь значительное влияние радона и его Дочерних продуктов распада (ДПР) обусловлено их высокой активностью а также легкостью переноса радона из литосферы в биосферу. Радон 222Rn и торон 220Rn присутствуют, как и их материнские изотопы, во всех горных породах и строительных материалах. Радиоактивный газ диффундирует через микротрещины пород и стройматериалов, капилляры грунта, захватывается потоками других газов или вод (высокая растворимость радона дает его содержание в подземных водах от 4 - 5Бк/л до 3 - 4МБк/л) и, несмотря на ограниченное время жизни, может транспортироваться на значительные расстояния. При оценках радонового риска следует учитывать, что вклад самого радона в суммарное облучение невелик - при равновесии с его ДПР он составляет только 2%. Поэтому доза облучения от Rn определяется эквивалентной равновесной объемной активностью (ЭРОА) радона. Радон попадает в атмосферу помещений непосредственно из недр Земли, выделяется из стройматериалов, привносится с водой, бытовым газом и др. В водах рек и озер ЭРОА радона не превышает 0,5 Бк/л, морей и океанов - 0,05 Бк/л, средняя величина в приземном воздухе составляет 3,7 Бк/м3. Хотя средняя общая активность горных пород составляет 50 Бк/кг, но радон в недрах распространен крайне неравномерно, и очень большое его содержание возможно при строительстве в местах тектонических трещин. Известны случаи, когда в производственных подвальных помещениях величина ЭРОА радона достигала 8000-10000 Бк/м3 при следующих нормах (для России):
- не более 200 Бк/м3 - для воздуха жилых помещений;
- не более 100 Бк/м3 - при проектировании новых жилых зданий;
- при величинах более 400 Бк/м3 в жилом помещении полагается переселять жильцов в другое помещение.11
Уровень ЭРОА радона в воздухе помещений сильно зависит (кроме материала здания и геологической обстановки) от вентиляции, тщательности заделки окон, стыков стен и вертикальных швов, резко уменьшаясь от подвалов к верхним этажам. Например, найдено, что однократный воздухообмен в помещении за 1 час снижает эту величину на два порядка.
Под действием излучения на живые организмы происходит поглощение энергии, а затем физико-химические и биологические процессы в органах, тканях и клетках. Конечным итогом воздействия на клетку может быть ее гибель, повреждение или нарушение функций. Различают прямое и непрямое действие излучения. Под прямым действием понимают возбуждение и повреждение самих белковых молекул непосредственно излучением. Непрямое действие обусловлено радиолизом воды (ее в клетках содержится около 70 %), продукты которого (в основном - радикального характера) взаимодействуют с органическим веществом клетки, разрушают её мембрану и органоиды, вызывая цитолиз.
В радиоэкологии и дозиметрии различают внешнее и внутреннее облучение организма. При внешнем облучении его источник находится снаружи от организма, и наиболее опасным в этом отношении является γ-излучение, проникающее глубже в организм и поражающее больше органов и тканей. При внутреннем облучении источник находится внутри (его проникновение возможно с пищей, водой, воздухом), а наиболее опасно α-излучение, обладающее наибольшей энергией и передающее практически всю ее тому органу, где находится источник.
Тяжесть лучевого поражения зависит от дозы. Для количественной характеризации степени воздействия используют различные пороговые дозы, одной из которых является доза половинной выживаемости, или полулетальная доза (ЛД50), - такая доза, при облучении которой погибает половина изучаемой группы животных за 1 месяц. С усложнением организма величина смертельной дозы уменьшается.
Следствием лучевого поражения человека является лучевая болезнь различной степени тяжести, проявляющаяся анемическим, геморрагическим и инфекционным синдромами. Наиболее чувствительны к воздействию радиации клетки с высокой частотой деления. Поэтому в первую очередь ионизирующее излучение будет воздействовать на кроветворные органы, эпителий желудочно-кишечного тракта и половые клетки. Хроническими последствиями облучения являются онкологические заболевания и наследственные заболевания в потомстве.
1.6.1. Защита от радиационного воздействия
Для определения дозы облучения существуют дозиметры. Они предназначены для измерения мощности дозы рентгеновского и внешнего гамма-излучения. Доза облучения человека контролируется при помощи индивидуального дозиметра.
Защита от внутреннего облучения состоит, в первую очередь, в устранении возможности попадания радиоактивных источников внутрь организма. Если радиоактивный изотоп или излучение попадают в организм, то применяют способы ускоренного выведения изотопа или радиопротекторы, обладающие способностью снижать поражающее действие излучения. В настоящее время разработка методов химзащиты проводится по ряду направлений: радиопротекторы для защиты от внешнего или внутреннего облучения, вызывающего острое лучевое поражение; пищевые добавки и препараты, повышающие устойчивость организма при хроническом облучении; выведение радионуклидов из организма.