3 Особенности миграции 3h в природных средах

3.1 Формы нахождения 3h в природных средах

Как правило, в атмосфере сразу после образования ³H соединяется с кислородом воздуха в молекулы тяжелой воды HTO (77%), DTO и T₂O. Физические, химические и биохимические свойства этих соединений практически такие же, как у обычной воды, H₂O [3].

Тритий, образовавшийся в результате термоядерных взрывов, концентрируется в первую очередь в виде тритиевой воды (НТО) в верхних слоях атмосферы. Затем он мигрирует в нижние слои и выпадает с осадками на земную поверхность, где включается в общий круговорот воды [3].

Выделены пять классов соединений трития: оксид, элементарный газообразный тритий, нерастворимые в жидкостях организма формы (например, тритиевые производные металлов), органические растворимые вещества и предшественники нуклеиновых кислот.

Органически связанный тритий (ОСТ) - это частный случай трития, входящего в структуру различных веществ. В общем случае тритий может содержаться в цепочках О-Н или цепочках N-Н без углерода. ОСТ кроме трития содержит также углерод (в частности С-14), а также кислород, поскольку тритий может присутствовать в цепочке О-Н. Необходимо также рассматривать возможность замены водорода тритием в сульфгидрильных (S-H) и в амидных соединениях, а также аминогруппах (N-H). Наравне с термином "органически связанный тритий" следует использовать термин "окисленные углеводородные соединения, содержащие тритий" [14]. Под такое определение подходят: гидрокарбонаты, спирт (как низкомолекулярные органические вещества), гумусовые вещества, гуминовые кислоты, углеводороды и их производные, смолы, фенолы, альдегиды и т.д. [14].

Химические формы трития газо-аэрозольных выбросов АЭС: ³HHO, ³HH, ³H₂.

3.2 Пути и особенности миграции 3h и в природных средах

Тритий в основном выбрасывается в виде газа, который в пределах двух суток за счет окисления превращается в тяжелую воду; пары тяжелой воды участвуют в глобальном гидрологическом цикле, воздействуя на человека за счет ингаляции, через кожу, а также за счет приема с водой и пищей. Тритиевый газ воздействует за счет ингаляции, причем 1,6% поступившего при ингаляции трития переходит в кровь, а менее 0,04% — в тяжелую воду.

Можно отметить два пути попадания аэрозолей внутрь организма. Первый - ингаляционный. Аэрозольные частицы, вдыхаемые с воздухом, осаждаются на внутренней поверхности органов дыхания, затем проникают в кровь и разносятся по организму. Радионуклиды селективно концентрируются в критических органах. Второй путь - так называемые пищевые цепочки. Попавшие в воздух, выбрасываемый через высотные вентиляционные трубы АЭС, радиоактивные аэрозоли оседают на землю, траву, листья, включаются в пищевые цепочки и могут оказаться в организме человека. Опасность внутреннего облучения заключается в длительности воздействия долгоживущих радиоактивных нуклидов, так как у многих из них период полураспада и, соответственно полувыведения из организма человека, достаточно большой.

В атмосфере ³H перемещается в виде паров воды с воздушными массами; поступает на поверхность Земли и водные поверхности в виде осадков, а возвращается в атмосферу в результате испарения и прямого обмена между водой и воздухом. При обмене ³H между атмосферой и водой океана в него поступает вода, обогащенная ³H, а из него поступает вода, обедненная ³H. При обмене ³H между атмосферой и земной поверхностью в атмосферу поступает вода, обогащенная ³H за счет выпавших осадков. В верхних перемешивающихся слоях океана (моря) содержание ³H наибольшее, а с глубиной резко падает, и может опять возрасти в глубоких придонных горизонтах. Значительная часть ³H переносится вглубь океана (моря). Среднее время обмена воды в поверхностных слоях океана около 3,5 лет.

С земной поверхности тритиевая вода (HTO) поступает в почвенные и грунтовые воды, а через них и в подземные воды, а также по водосборам в воды морей и океанов.

Поведение трития, образующегося при термоядерных взрывах, отличается от поведения других продуктов деления. В процессе остывания огненного шара, возникающего после взрыва, раньше всего начинают конденсироваться пары тугоплавких химических элементов с наибольшей температурой кипения, поэтому образующиеся аэрозольные частицы обогащены этими радионуклидами и обеднены легкокипящими. Температура конденсации паров трития наиболее низкая, поэтому он успевает подняться с потоками горячего воздуха на большую высоту. Пары начинают конденсироваться на низкотемпературной периферии радиоактивного облака, в частности, на его вершине в стратосфере, где скорость подъема со временем становится равной нулю. Например, после взрыва, проведенного 16 октября 1980 г., в ноябре и декабре 1980 г. в приземной атмосфере были зарегистрированы короткоживущие ¹⁴¹Ce, ⁹⁵Zr и рост концентрации долгоживущих ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr, ¹⁰⁶Ru, ¹⁴⁴ Ce в воздухе. Значительная концентрация трития в осадках появилась только на следующий год после весенней перестройки высоты тропопаузы, когда ледяные кристаллы, содержащие тритий, опустились из стратосферы до уровня дождевых облаков [3].

Тритий, содержащийся в воздушных выбросах и водных сбросах АЭС, входит в состав паров воды и практически беспрепятственно проходит системы очистки.

Измерения показывают, что только около 0,1 % трития выходит из топлива диффузией через циркониевые оболочки и 1 % через стальные оболочки. Скорость диффузии из покрытых сталью поглощающих стержней в кипящих реакторах обеспечивает выход трития менее 1 %. Следовательно, можно ожидать скорость эмиссии трития порядка 7,4·10¹² Бк/год (200 Ки/год) из кипящих реакторов мощностью 1000 МВт-эл. и 3,3·10¹³ Бк/год (900 Ки/год) (в форме НТО) из реакторов с водой под давлением. Большая скорость эмиссии трития в реакторах PWR объясняется образованием трития благодаря добавкам бора к воде.

При существующей технологии получения электрической энергии на предприятиях ядерного топливного цикла только 5–10 % от всего образующегося на АЭС трития удерживается в высокоактивных отходах, остальная часть выбрасывается в атмосферу и в поверхностные воды, поскольку специальное задерживающее оборудование для трития на АЭС с реакторами на легкой водой и в технологических помещениях АЭС отсутствует. Характеризуясь достаточно большим периодом полураспада, тритий распространяется глобально в основном в виде тритированной воды, приводя к дополнительному облучению всего населения Земли [3].

Освобождаемый в газовой форме тритий при функционировании предприятий ядерного топливного цикла попадает в тропосферу, причем время его нахождения в тропосфере не превышает нескольких недель.

Осаждение трития на континентальную поверхность заметно отличается от осаждения на поверхность океана. Годовое осаждение на поверхность океана, вероятно, больше, чем на континентальную, вследствие прямого обмена содержащими тритий водяными парами между воздухом и морской водой. Хотя основное осаждение трития происходит с осадками, в локальных ситуациях, когда тритий освобождается через трубу, нисходящая диффузия из факела освобождения, вероятно, является причиной того, что факел достигает земной поверхности перед вымыванием дождевыми осадками.

Осажденный тритий может перераспределяться по нескольким направлениям. Большая часть потерь трития наблюдается при стекании с поверхности с последующим испарением растениями, с поверхности водных бассейнов и почвы. Годовая сумма осадков над континентальной поверхностью составляет около 0,66 м/год. Из этого количества около 0,25 м/год или 37% переходит в грунтовые воды, а оставшаяся часть возвращается в атмосферу при испарении. Тритий может достигать поверхности воды различными путями: непосредственно через осаждение, через молекулярный обмен с атмосферой, при освобождении трития в вентиляционном выбросе ядерных предприятий и из осадков от стока или потока грунтовых вод.

В отличие от рек, океаны и моря представляют значительный резервуар для хранения воды. Следовательно, тритий, осаждаемый в океаны и моря, сильно разбавляется в процессах смешения. По некоторым оценкам время смешения трития с поверхности океана составляет около 3,5 лет при эффективной глубине смешивания около 40 м.

Концентрация трития существенно (более чем на два порядка) превосходит концентрацию прочих радионуклидов естественного происхождения, находящихся в морской воде. В воде океана это значение еще больше.

Радиобиологическая роль трития определяется его химическими свойствами, которые полностью соответствуют обычному водороду, в результате чего тритий может входить в состав любых органических и неорганических соединений воздуха [4].

Итак, тритий, освобожденный в окружающую среду, обычно достаточно быстро конвертируется в оксидную форму и рассеивается подобно обычной воде. Однако относительно большое различие массы между обычной и тритированной водой может оказывать некоторое влияние на ее свойства. Тритий является одним из важнейших мигрантов в водной среде и в биологических цепочках.