Лекция 3. Радиоэкология

План лекции:

1) Источники радиоактивного загрязнения окружающей среды

2) Физико-химическое состояние радионуклидов в воде, почве, растениях, кормах, органах и тканях животных

3) Миграция радионуклидов в биосфере, особенности перехода по кормовым цепочкам

Радиоэкология - учение об особенностях существования организмов и сообществ растений и животных в среде обитания с повышенной (по сравнению с нормой) радиоактивностью.

1. Источники радиоактивного загрязнения окружающей среды

Все живые существа на земле постоянно подвергаются воздействию ионизирующей радиации путем внешнего и внутреннего облучения за счет естественных (космическое излучение и природные радиоактивные вещества) и искусственных (отходы атомной промышленности, радиоактивные изотопы, используемые в биологии, медицине и сельском хозяйстве, и др.) источников ионизирующих излучений.

Радионуклиды естественного и искусственного происхождения широко распространены в природе, они рассеяны в земной коре, воде, воздухе, растениях и теле животных.

К радионуклидам естественного происхождения относят те, которые образовались на Земле без участия в этом человека. Это прежде всего долгоживущие изотопы 238U, 235U, ²²⁶Ra, ²³²Th, ⁴⁰K и т. д., а также дочерние радиоактивные продукты распада этих изотопов. Сюда относятся также радионуклиды, образующиеся под действием космического излучения на Земле и попадающие из космоса на Землю.

В почве, воде, воздухе, строительных и других материалах всегда рассеяны природные радионуклиды. Совместно с космическим излучением они и создают природный радиоактивный фон, постоянно облучая все живые организмы на Земле.

Естественные источники ионизирующего излучения.

Космическое излучение. Это ионизирующее излучение непрерывно падающее на поверхность земли из мирового пространства (первичное космическое излучение) и образующееся в земной атмосфере в результате взаимодействия первичного космического излучения с атомами воздуха (вторичное космическое излучение).

Первичный компонент космических лучей образуется вследствие извержения и испарения материи с поверхности звезд и туманностей космического пространства. Он состоит в основном из ядер легких атомов: водорода - протонов (79%), гелия - а-частиц (20%), лития, бериллия, бора, углерода, азота, кислорода и других элементов, большинство из которых обладают очень высокой энергией - в интервале 3*10⁹...15*10⁹ эВ, а некоторые- 10¹⁷...10¹⁸ эВ. Такие большие энергии первичные космические частицы приобретают за счет ускорения их в переменных электромагнитных полях звезд, многократного ускорения в магнитных полях облаков космической пыли межзвездного пространства и в расширяющихся оболочках новых и сверхновых звезд.

Однако лишь немногие частицы достигают поверхности земли, так как они взаимодействуют с атомами воздуха, рождая потоки частиц вторичного космического излучения. Поэтому основную массу космических лучей, достигающих поверхности земли, составляет вторичное космическое излучение.

Вторичное космическое излучение очень сложно и состоит из всех известных в настоящее время элементарных частиц и излучений. Основную массу их, достигающих уровня моря, составляют: мю и пи-мезоны (70%), электроны и позитроны (26%), первичные протоны (0,05%), γ-кванты, быстрые и сверхбыстрые нейтроны.

МЕЗОНЫ — элементарные частицы, масса которых лежит между массами электронов и протонов.

Их обнаруживают в космических лучах и получают искусственно при взаимодействиях частиц больших энергий. Существуют положительно и отрицательно заряженные, а также нейтральные мезоны. По абсолютной величине заряд положительных и отрицательных мезонов в точности равен элементарному электрическому заряду электрона Мезоны крайне неустойчивы: время их жизни меняется в пределах от 10^-6 до 10^-16 сек

Известны следующие разновидности мезонов: положительные и отрицательные мю-мезоны с массой, равной 206,7 электронной массы; положительные, отрицательные и нейтральные пи-мезоны с массой в 273,2 раза больше массы электрона. У нейтраль­

ных пи-мезонов несколько меньшая масса (264,2) Положительные, отрицательные и нейтральные К-мезоны имеют массу в 966,5 и 974 раза больше массы электрона. Считается, что нуклоны удерживаются в ядре атома благодаря непрерывному обмену пи-мезонами.

Этот обмен и обусловливает существовании так называемых внутриядерных сил, придающих столь удивительную прочность ядру атома.

Продуктами аннигиляции античастиц нуклонов, т. е. протона и антипротона, нейтрона и антинейтрона, обычно являются пи-мезоны.

Для оценки биологического воздействия (расчета дозы космического излучения) вторичное космическое излучение можно разделить по уровню энергии и составу на четыре компонента:

• мягкий, или малопроникающий, компонент (объединяет электроны, позитроны, у-кванты и частично быстрые протоны с энергиями порядка 100 МэВ);

• жесткий, или сильнопроникающий (состоит в основном из мю-мезонов с энергиями порядкам 600 МэВ, небольшого количества сверхбыстрых протонов, с энергией более 400 МэВ, а-частиц и незначительного количества пи-мезонов);

• сильноионизирующий (содержит продукты ядерных расщеплений: протоны, а-частицы, дейтроны, тритоны и более тяжелые осколки ядер с энергией 10... 15 МэВ);

• нейтронный компонент (нейтроны различных энергий).

На уровне моря космическое излучение состоит в основном, как правило, из мягкого и жесткого компонентов.

Мягкий компонент поглощается слоями свинца толщиной 8... 10 см и железа - 15...20 см; жесткий - проходит через свинец толщиной более метра, его можно обнаружить под землей и под водой на глубине нескольких километров.

Проведенные измерения показали, что на уровне моря за счет космических лучей образуются 2,74 пары ионов в 1 см³ воздуха за 1 с. Это соответствует мощности дозы 1,15-10^-9 Рад/с. Исходя из этого установлено, что доза в ткани за сутки составляет 0,11 мрад, за год - 40 мРад.