Министерство образования и науки РФ ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого
Президента России Б.Н. Ельцина»
А. В. Воронина, Н.Д. Бетенеков, Т.А. Недобух
РАДИОЭКОЛОГИЯ
Учебное пособие
Екатеринбург Уральский федеральный университет
2012
Кафедра радиохимии и прикладной экологии©
УДК 504. 054 : 539. 16. 04 (075.8) ББК 28. 080/ 1 я 73
Воронина А. В.
Радиоэкология: учебное пособие /А. В. Воронина, Н.Д. Бетенеков, Т.А. Недобух. Екатеринбург: УрФУ, 2012. 222 с.
Учебное пособие предназначено для бакалавров и магистров, обучающихся по направлению подготовки 240100 «Химическая технология», студентов, обучающихся по специальностям: 140307 «Радиационная безопасность человека и окружающей среды», 240601 – «Химическая технология материалов современной энергетики, а также для студентов других специальностей, изучающих отдельные разделы «Радиоэкологии» в рамках курса «Экология».
В пособии рассмотрены пути поступления и закономерности миграции радионуклидов естественного и искусственного происхождения в окружающей среде, накопления их в живом веществе. Внимание также уделено проблемам радионуклидного анализа и возможным путям предотвращения загрязнения окружающей среды источниками ионизирующих излучений. При изложении материала дополнительно рассмотрены некоторые разделы химии и радиохимии, необходимые для освоения основного содержания курса.
Библиогр.: 56 назв. Табл. 34. Рис. 42.
УДК 504. 054 : 539. 16. 04 (075.8) ББК 28. 080/ 1 я 73
© УрФУ, 2012 © А. В. Воронина, Н.Д. Бетенеков,
Т.А. Недобух, 2012
Кафедра радиохимии и |
2 |
|
прикладной экологии© |
||
|
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
ВВЕДЕНИЕ |
8 |
ЛЕКЦИЯ 1. ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ СОВРЕМЕННОЙ РАДИО- |
|
ЭКОЛОГИИ, ЕЁ МЕСТО СРЕДИ ДРУГИХ РАЗДЕЛОВ |
|
ЭКОЛОГИИ……………………………………………………………….. |
9 |
Прикладная экология как научная и учебная дисциплина, ее связь |
|
с общей экологией, охраной окружающей человека среды и охраной |
|
природы. Радиоэкология как составная часть прикладной экологии. |
|
Радиация как экологический фактор и его воздействие на |
|
качество жизни. Радиационный фон. Особенности оценки качества |
|
окружающей среды в радиационном аспекте. |
|
ЛЕКЦИЯ 2. ИСТОЧНИКИ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ В |
|
БИОСФЕРЕ. ЕСТЕСТВЕННАЯ РАДИОАКТИВНОСТЬ ………….. |
20 |
Космическое излучение. Классификация радионуклидов, |
|
присутствующих в биосфере. Источники и радиоэкологическая роль |
|
естественных радионуклидов: космогенных, радионуклидов природных |
|
радиоактивных семейств, радионуклидов, не входящих в семейства. |
|
ЛЕКЦИЯ 3. ПРИРОДНОЕ И ТЕХНОГЕННОЕ РАССЕЯНИЕ |
|
ЕСТЕСТВЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ ……………………………... |
30 |
Естественная миграция природных радионуклидов в биосфере. |
|
Радиоактивность почв и горных пород, природных вод. Техногенная |
|
миграция. Радиоэкологические проблемы сырьевой части ядерного |
|
топливного цикла, в том числе базы хранения монацитового |
|
концентрата под Красноуфимском; неядерной энергетики; |
|
использования строительных материалов и удобрений. |
|
ЛЕКЦИЯ 4. ИСКУССТВЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ ИОНИЗИРУ- |
|
ЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ …………………………………………………... |
40 |
Искусственные радионуклиды: продукты деления, продукты |
|
нейтронной активации, продукты ядерного синтеза. |
|
Радиоэкологическая роль важнейших искусственных радионуклидов |
|
(изотопы цезия, стронция, йода, инертных газов, кобальта, |
|
трансурановых элементов). |
|
Использование ионизирующих излучений в медицине. |
|
ЛЕКЦИЯ 5. ИСТОЧНИКИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ИСКУС- |
|
СТВЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ ….. |
49 |
Испытания ядерного оружия; ядерные взрывы, проводимые в |
|
мирных целях; использование обеднённого урана в боезарядах; работа |
|
транспортных и научно-исследовательских ядерных реакторов, |
|
Кафедра радиохимии и |
3 |
|
прикладной экологии© |
||
|
деятельность предприятий ядерного топливного цикла. Радиоэкологические проблемы ЯТЦ: штатный режим работы, отходы предприятий ЯТЦ, крупнейшие аварии, сопровождающиеся выбросом радионуклидов в окружающую среду.
ЛЕКЦИЯ 6. ЭВОЛЮЦИЯРАДИОНУКЛИДОВ В ГЕНЕТИЧЕСКИ СВЯЗАННЫХ ПАРАХ …………………………………………………... 60
Последовательный радиоактивный распад. Анализ временных зависимостей, связывающих число радиоактивных атомов и активность дочернего радионуклида со временем. Радиоактивные равновесия. Подвижное радиоактивное равновесие. Вековое радиоактивное равновесие: необходимые и достаточные условия его достижения. Время достижения векового равновесия. Случай отсутствия радиоактивного равновесия.
ЛЕКЦИЯ 7. ЭВОЛЮЦИЯ РАДИОНУКЛИДОВ В РАДИО- АКТИВНЫХ СЕМЕЙСТВАХ ………………………………………….. 67
Радиоактивное семейство, включающее несколько радионуклидов. Формула Бейтмена. Установление равновесий в природных радиоактивных семействах.
ЛЕКЦИЯ 8. ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РАДИО- НУКЛИДОВ НА ПУТИ МИГРАЦИИ В БИОСФЕРЕ …….……….... 75
Влияние химических свойств радионуклидов на пути миграции в биосфере. Проблема кумуляции (самопроизвольного накопления). Ядерно-физические характеристики и химические свойства радионуклидов щелочных и щелочноземельных элементов.
ЛЕКЦИЯ 9. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЭЛЕМЕНТОВ, ИМЕЮ- ЩИХ РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКИ ЗНАЧИМЫЕ ИЗОТОПЫ ………. 82
Редкоземельные элементы (РЗЭ); актиноиды (торий, уран, плутоний); тугоплавкие оксиды (цирконий, ниобий); благородные металлы; галогены; благородные газы. Ядерно-физические характеристики радиоэкологически значимых изотопов.
ЛЕКЦИЯ 10. РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОНУКЛИДОВ В АТМОСФЕРЕ ……………………………………………………………... 91
Миграция радионуклидов в атмосфере. Процессы переноса и удаления из атмосферы (вымывание с осадками, сухое выпадение). Моделирование переноса радионуклидов в атмосфере – модели Гаусса, Лагранжа, Эйлера, дискретные модели.
ЛЕКЦИЯ 11. МИГРАЦИЯ РАДИОНУКЛИДОВ В ГИДРОСФЕРЕ 99
Движение радионуклидов в водоёмах. Влияние на биогеохимическое поведение радиоактивных микрокомпонентов
Кафедра радиохимии и |
4 |
|
прикладной экологии© |
||
|
гидрологических факторов, химических свойств радионуклидов, химических свойств и состава воды (значения рН, ионной силы воды, элементов аналогов).
ЛЕКЦИЯ 12. РОЛЬ ТВЕРДОЙ ФАЗЫ В ДВИЖЕНИИ И ФИКСА- |
|
||||||
ЦИИ НЕОРГАНИЧЕСКИХ МИКРОКОМПОНЕНТОВ ……………. |
106 |
||||||
Влияние состава твёрдой фазы на миграцию радионуклидов в |
|
||||||
окружающей среде. Неорганическая и органическая составляющие |
|
||||||
почв и донных отложений. Сорбция радионуклидов природными |
|
||||||
алюмосиликатами. Роль |
гуминовых и |
фульвокислот |
в миграции |
|
|||
радионуклидов. |
|
|
|
|
|
|
|
ЛЕКЦИЯ 13. НАКОПЛЕНИЕ РАДИОНУКЛИДОВ В БИОТЕ ……. |
115 |
||||||
Концентрирование радионуклидов в живом веществе, |
|
||||||
коэффициент |
накопления. |
Наземные |
и водные |
пищевые цепи. |
|
||
Поглощение |
и распределение |
радионуклидов |
в |
растениях. |
|
||
Использование |
концентрирующих |
свойств почвы |
|
и биоты в |
|
||
методах реабилитации загрязнённых территорий. Перенос |
|
||||||
радионуклидов в тело животных и включение их в метаболизм. |
|
||||||
Радиоэкологически значимые радионуклиды в пищевых цепях. |
|
||||||
ЛЕКЦИЯ 14. МОДЕЛИРОВАНИЕ МИГРАЦИИ РАДИОНУКЛИ- |
|
||||||
ДОВ В ПОДСИСТЕМАХ БИОЦЕНОЗОВ ……….…….…….…….… |
123 |
||||||
Моделирование процессов |
переноса |
радиоактивных |
|
||||
микрокомпонентов из раствора в твёрдую фазу. Основы статики межфазного распределения (модель Ленгмюра, формула Генри).
ЛЕКЦИЯ 15. СТАТИКА МЕЖФАЗНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ …... 130
Сорбционные характеристики: степень извлечения, распределительное отношение, коэффициент разделения, коэффициент очистки. Влияние форм состояния радиоактивных микрокомпонентов в водных растворах на межфазное распределение. Вид зависимости “lg ε – lg [m]”. Роль радиоколлоидов в биосферном переносе техногенно-рассеянных радионуклидов и процессах очистки радиоактивно-загрязнённых вод.
ЛЕКЦИЯ 16. ДИНАМИКА И КИНЕТИКА МЕЖФАЗНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РАДИОНУКЛИДОВ …………………………….. 137
Хроматографический метод разделения смесей. Виды хроматографии. Кинетика межфазного распределения. Математические модели, используемые для описания кинетики сорбции радионуклидов твердой фазой.
Кафедра радиохимии и |
5 |
|
прикладной экологии© |
||
|
ЛЕКЦИЯ 17. СОРБЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ …..……………….... 147
Свойства сорбционных материалов, основные требования, предъявляемые к сорбентам в задачах прикладной радиоэкологии. Классификация. Сорбционные материалы: природные и искусственные.
ЛЕКЦИЯ 18. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОРБЕНТОВ ……………………………………………………………… 156
Способы получения высокоспецифичных сорбентов. Факторы повышения сорбционного сродства неорганических сорбентов.
ЛЕКЦИЯ 19. ОСНОВЫ РАДИОТОКСИКОЛОГИИ ……………….. 164
Биологическое действие ионизирующих излучений. Облучение внешнее и внутреннее. Детерминированные и стохастические эффекты. Радиотоксикологические параметры, принимаемые во внимание при установлении норм радиационной опасности. Понятие критического органа.
ЛЕКЦИЯ 20. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАДИОНУКЛИДОВ В ОБЪЕКТАХ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ……………………………………………… 172
Постановка задачи, выбор метода определения радионуклида. Методы отбора и подготовки проб (консервирование, концентрирование, разделение и выделение радиоактивных микрокомпонентов). Применение носителей, определение химического выхода.
ЛЕКЦИЯ 21. МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ РАДИОМЕТРИЧЕСКИХ РЕЗУЛЬТАТОВ …………………………………………………………... 179
Виды погрешности. Радиоактивность как статистический процесс. Распределение Пуассона. Генеральная и выборочная совокупности и их характеристики.
ЛЕКЦИЯ 22. МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ РАДИОМЕТРИЧЕСКИХ РЕЗУЛЬТАТОВ …………………………………………………………... 185
Проверка статистических гипотез. Гипотеза о подчинении экспериментальных результатов распределению Пуассона. Влияние грубых погрешностей. Проверка гипотезы о том, что две выборки взяты из одной генеральной совокупности. Оценка точности результатов косвенных измерений.
ЛЕКЦИЯ 23. ОСОБЕННОСТИ ОБРАЩЕНИЯ С ПОБОЧНЫМИ ПРОДУКТАМИ И ОТХОДАМИ ЯДЕРНОГО ТОПЛИВНОГО ЦИКЛА …………………………………………………………………….. 198
Обращение с жидкими радиоактивными отходами (ЖРО).
Кафедра радиохимии и |
6 |
|
прикладной экологии© |
||
|