Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Радиационная экология. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

1 / 191 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 > Следующая >>>

О.В. Тулякова

РАДИАЦИОННАЯ ЭКОЛОГИЯ

Учебное пособие

2-е издание

Москва

Ай Пи Ар Медиа

2024

УДК 504 ББК 20.1

Т82

Автор:

Тулякова О.В. — канд. биол. наук, доц.

Тулякова, Ольга Валерьевна.

Т82 Радиационная экология : учебное пособие / О.В. Тулякова. —

2-е изд. — Москва : Ай Пи Ар Медиа, 2024. — 185 с. — Текст : электронный.

ISBN 978-5-4497-3208-8

Учебное пособие представляет собой изложение теоретического мате-

риала курса «Радиационная экология», задания для самостоятельной работы, рекомендации и материалы по учебно-методическому обеспечению дисциплины.

Подготовлено с учетом требований Федерального государственного

образовательного стандарта высшего образования.

Предназначено для бакалавров, магистров и аспирантов, обучающихся по направлению подготовки «Экология и природопользование» (профили «Экология», «Геоэкология» и «Природопользование») естественнонаучных факультетов университетов, а также для тех, кто интересуется данной тематикой. Издание может быть использовано преподавателями для организации лекций, самостоятельной работы и практических занятий по курсу «Радиационная экология», а также в качестве дополнительного материала.

Учебное электронное издание

ISBN 978-5-4497-3208-8 © Тулякова О.В., 2021

Учебное издание

Тулякова Ольга Валерьевна

Редактор А. Д. Матлахова

Технический редактор, компьютерная верстка Е. В. Якубович

Корректор И. О. Игнатьева

Обложка С. С. Сизиумовой

Подписано к использованию 02.07.2024. Объем данных 7 Мб.

ООО Компания «Ай Пи Ар Медиа»

8 800 555 22 35 (бесплатный звонок по России)

E-mail: sales@iprmedia.ru

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА ................................................................................ 5

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ .......................................................................... 7

1.1. Наука радиоэкология. Основные понятия. Космическое излучение .............. 7

1.2. Естественный радиационный фон Земли.

Естественные нуклиды и аномальные зоны ........................................................... 18

1.3. Антропогенный радиационный фон ................................................................. 26

1.4. Аномальные антропогенные территории

повышенной радиоактивности ................................................................................. 33

1.5. Воздействие ионизирующего излучения на организм человека ................... 40

1.6. Воздействие радиации на животных,

растения, микроорганизмы ....................................................................................... 50

1.7. Радиоэкология популяций ................................................................................. 55

1.8. Радиоэкология сообществ ................................................................................. 62

1.9. Поведение долгоживущих радионуклидов

ядерно-энергетического происхождения в атмосфере и почве ............................ 68

1.10. Поведение долгоживущих радионуклидов

ядерно-энергетического происхождения в воде и пище ....................................... 76

1.11. Радиоэкологические проблемы ядерной

энергетики и ядерного оружия ................................................................................. 82

1.12. Радиационное нормирование и безопасность ............................................... 87

1.13. Радиационная защита населения .................................................................... 96

1.14. Профилактика и дезактивация последствий радиоаварий ......................... 104

2. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА ..................................................................... 110

2.1. Задания для самостоятельной работы ............................................................ 110

2.2. Задания для самостоятельного контроля знаний .......................................... 138

3. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ ................. 149

3.1. Содержание учебного материала .................................................................... 149

3.2. Методические рекомендации по основным разделам курса ....................... 153

3.3. Примеры решения задач .................................................................................. 155

3.4. Примерные темы рефератов ............................................................................ 172

3.5. Примерные темы курсовых работ .................................................................. 173

3.6. Примерные вопросы контрольных работ ...................................................... 174

3.7. Примерный перечень вопросов к зачету........................................................ 176

ГЛОССАРИЙ ........................................................................................................... 179

ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНОЙ И ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ................ 184

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Учебное пособие представляет собой изложение теоретического материа-

ла курса «Радиационная экология», задания для самостоятельной работы, рекомендации и материалы по учебно-методическому обеспечению дисциплины.

Цель изучения курса ― сформировать знания об основных принципах

формирования и распространения радиационного загрязнения и дезактивации загрязненных территорий.

Для реализации цели ставятся следующие задачи: ‒ развивать представления об основных понятиях ядерной физики и ра-

диационной экологии;

‒ способствовать формированию знаний об основных принципах дезак-

тивации и профилактики радиационного загрязнения экосистем, фито- и зооценозов, а также их отдельных компонентов;

‒ способствовать формированию знаний о клеточно-молекулярных ме-

ханизмах и популяционных эффектах воздействия ионизирующего излучения на человека;

‒ научить дальнейшему использованию полученных знаний и умений на

основе изучения нормативных, организационных и технических основ обеспечения радиационной безопасности при работе с источниками ионизирующего излучения.

В процессе изучения данного курса студенты знакомятся с нормативно-

правовыми актами Российской Федерации в области использования атомной энергии, общими принципами радиационной защиты персонала, принципами контроля профессионального облучения, с организацией системы радиационного мониторинга на рабочем месте, принципами обращения с радиоактивными отходами, с методами расчета радиоактивных выбросов в атмосферу и т.д.

Изучение дисциплины тесно связано со знаниями других наук экологобиологического и физико-географического цикла, в том числе таких курсов, как «Экология человека», «Прикладная экология», «Общая физика».

Изучение курса «Радиационная экология» способствует формированию у студентов экологической культуры, теоретических знаний и практических навыков, необходимых для выполнения своих профессиональных обязанностей и гражданского долга в условиях возможных чрезвычайных ситуаций мирного и военного времени.

В процессе изучения курса студент должен:

‒ получить представление о законодательных и нормативных актах в области использования ядерной энергии и источников ионизирующего излучения;

‒ ознакомиться с основными принципами организации системы радиационной безопасности персонала и населения как в штатных режимах, так и в условиях аварий и чрезвычайных ситуаций;

‒ изучить систему организации группового и индивидуального радиационного контроля на рабочем месте;

‒ ознакомиться с основными принципами организации обращения с радиоактивными отходами;

‒ ознакомиться с моделями, описывающими процессы миграции радионуклидов в окружающей среде.

По завершении курса студент должен:

1) знать:

‒ основные понятия и единицы измерения радиационной экологии;

‒ характеристику основных естественных и искусственных радионуклидов;

‒ источники поступления радиационного загрязнения, меры профилактики и дезактивации загрязненных территорий;

‒ зоны повышенной радиационной напряженности в России и за рубежом;

‒ экосистемные, популяционные и организменные реакции на радиационное воздействие;

2) уметь:

‒ формулировать основные положения радиационной экологии;

‒ решать задачи по радиационному нормированию, строению ядра атома;

‒ пользоваться специальной литературой и дополнительными источниками информации;

‒ использовать полученные знания при решении практических задач.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

1.1. Наука радиоэкология. Основные понятия. Космическое излучение

Предмет радиоэкологии, задачи, структура,

методы, связь с другими науками

Применение радиоактивных веществ и случаи крайне вредного

воздействия радиации на человека послужили причиной возникновения новой науки ― радиобиологии (радиационной биологии), главная задача которой состоит в изучении влияния радиации на клеточные образования, клетки, ткани и целые живые организмы; разработке методов защиты от радиации. В смежных областях науки выделилось несколько более частных направлений:

‒ радиогигиена ― область санитарных знаний, направленная на защиту

населения от неблагоприятного воздействия радиационных факторов, на определение предельно допустимых уровней загрязнения среды и продуктов питания;

‒ радиотоксикология ― изучает степень поражаемости разных органов

и тканей радиоактивными веществами и химическими соединениями, содержащими радиоактивные вещества, а также механизмы поражения;

‒ радиационная геохимия ― занимается изучением миграции

радионуклидов на поверхности Земли.

Одним из новейших разделов радиационной биологии, возникшим на

стыке фундаментальной науки ― ядерной физики и прикладных наук ― радиа-

ционной гигиены и прикладной экологии, является радиационная экология, или радиоэкология, ― это наука, исследующая взаимодействие радиационных

факторов среды с отдельными составляющими экосистем (популяциями, сообществами, биоценозами) и экосистемами в целом с целью выявления закономерностей их взаимодействия, а также прогнозирования и разработки мер профилактики патологических реакций экосистемного уровня.

В структуре радиоционной экологии, как и в классической экологии, вы-

деляют радиоэкологию особей, радиоэкологию популяций и радиоэкологию со- обществ. На современном этапе развития радиоэкологии все большее внимание привлекает радиоэкология популяций и сообществ.

Задачи радиоэкологии состоят:

1) в выяснении путей миграции и закономерностей накопления

радионуклеотидов в биогеоценозах; определении качественного и количественного содержания радиоактивных элементов в организмах;

2) познании закономерностей изменения сообществ и популяций орга-

низмов, обитающих в условиях действия радиации; выяснении механизмов адаптации животных и растений к действию ионизирующей радиации;

3) разработке основ предвидения последствий радиоактивного загрязнения местности и изыскании эффективных путей борьбы с ними. Здесь в качестве подзадач можно выделить:

‒ выявление биологического действия радионуклидов при разных уров-

нях радиоактивности среды;

‒ предложения по максимальному ослаблению и локализации загрязне-

ния среды;

‒ исследования по предотвращению миграций радионуклидов по цепям

питания к человеку и сельскохозяйственным животным.

Вот уже более 100 лет с момента случайных открытий в 1885 г. Вильгельмом Рентгеном рентгеновских лучей и в 1886 г. Анри Беккерелем самопроизвольного излучения урана ядерные исследования стали важнейшим направлением науки, а радионуклиды нашли применение в самых различных сферах деятельности людей.

Основателем радиационной экологии как науки следует признать российского ученого Н. В. Тимофеева-Ресовского, который в 1955 г. впервые выявил воздействие радиационных факторов на расслоение эволюционно согласованных внутрибиоценозных межвидовых взаимодействий. Термин «радиоэкология» был одновременно и независимо предложен советским экологом, д-ром биол. наук А. А. Предельским и американским профессором Е. П. Одумом. Выдающуюся роль в развитии представлений о роли радиоактивных веществ в жизни организмов и закономерностях миграции радионуклидов в биосфере сыграли труды академика В. И. Вернадского и его учеников.

Методы. Несмотря на сравнительно молодой возраст радиоэкологии, она представляет собой направление с разработанными методами, подходами и идеями. Для радиоэкологии характерно комплексное, многоплановое исследование, в котором тесно переплетены методы геохимии, или агрохимии, радиобиологии, зоологии и ботаники. Во многих исследованиях нельзя обойтись без привлечения данных генетики, цитологии и биохимии.

Методы работы радиоэколога разнообразны:

‒ использование радиационных полей с источниками рентгеновского или гамма-излучения, создаваемых специально для изучения воздействия радиации;

‒ исследования в зонах вокруг реакторов с воздушной защитой, работающих в импульсном режиме, а также на полигонах для испытаний ядерного оружия;

‒ исследования в районах повышенного содержания естественных радионуклидов или более высокого фона ионизирующего излучения.

При этом используются классические методы экологии:

‒ описательные (когда в процессе наблюдения констатируется факт);

‒ сравнительные (в результате наблюдения группы организмов сравниваются между собой);

‒ экспериментальные (когда ставится эксперимент), при этом данные методы могут быть как полевыми, так и лабораторными;

‒ метод математического моделирования.

Радиация как экологический фактор.

Основные понятия радиоэкологии

Появление нового, сильного абиотического фактора, каким является радиация, может вызвать значительные изменения в структуре сообществ и экологии отдельных видов. Действие радиации как абиотического техногенного фактора может быть различным:

‒ для некоторых видов радиация губительна, и они исчезают из биоценоза (из деревьев особенно радиочувствительной оказалась сосна);

‒ другие же легко с ней мирятся и даже возрастают в количестве;

‒ третьи виды изменяют свою численность из-за изменения количества двух первых видов (например, хищники и паразиты, связанные с радиочувствительными видами, служащими им объектом питания, могут выпасть из сообщества).

В противоположность большинству других абиотических факторов, таких как температура, свет, влажность, ионизирующая радиация воздействует на

биоценоз от аккумулированных радиоактивных элементов с относительным постоянством в течение долгого времени.

Радиация не всегда оказывает отрицательное влияние на организмы. В малых дозах она может вызывать у растений повышение роста, скорости развития и урожайности (это явление радиостимуляции), при этом дочернее поколение развивается нормально. Радиостимуляция как хозяйственный прием особенно перспективна для применения в условиях короткого вегетационного периода, например, на севере или в районах с длительным засушливым периодом, а также в районах, где наблюдаются большие потери сельскохозяйственной продукции от вредителей.

Вспомним основные понятия физики и радиобиологии.

Атом состоит из ядра, представленного протонно-нейтронными парами,

и электронных оболочек, равных числу электронов. Заряд электрона принят за –1, протона ― за +1, нейтрон не имеет заряда, равен 0. Число электронов

соответствует числу протонов; последние определяют протонный заряд или атомный номер в таблице Менделеева. Электронная оболочка легко изменяется и определяет химические свойства вещества. Все составляющие ядра ― электрон, протон и нейтрон ― имеют определенную массу.

Ядра, имеющие одинаковый порядковый номер, но разные по массе за счет избыточного количества нейтронов, называются изотопами. Большинство при- родных элементов состоит из смеси нескольких изотопов, атомы которых отличаются количеством нейтронов и вследствие этого массой и массовым числом.

Радиоактивные изотопы (радионуклиды) неустойчивы, поэтому они распа- даются, превращаясь в более стабильные изотопы. Распад сопровождается выделением энергии в виде фотонов элементарных частиц и называется радиоактивностью. Радиоактивность ― это самопроизвольное превращение (распад) ядер элементов, приводящее к изменению их атомного номера или массового числа.

Радиоактивный распад носит вероятностный характер, он подчиняется статистическим законам: нельзя заранее сказать, когда распадется то или иное ядро, но можно точно вычислить, какое количество вещества распадается за любое время. Скорость распада выражают периодом полураспада Т (время, в течение которого распадается половина атомов) и константой полураспада λ ― лямбда (доля атомов, распадающихся в одну секунду). Константа распада связана с периодом полураспада соотношением Т = 693 / λ. Можно сказать, что период полураспада Т ― это время, за которое радиоактивность загрязненной среды снижается вдвое при соответствующем снижении скорости распада. (Заметим, что радиоактивность и скорость распада лишь стремятся к нулю, никогда не достигая этой величины.) Периоды полураспада у разных изотопов сильно разнятся (табл. 1) [1].

Таблица 1

Периоды полураспада радионуклидов

Химический

элемент

Обозначение

Порядковый

номер (Z)

Массовое число (A)

Период

полураспада

Актиний

227

22 года

Америций

243

7,3 ⋅ 103 лет

Астат

210

8,3 ч

Бериллий

Be 4 8

8,2 ⋅ 10

-17

Висмут

208

3,68 ⋅ 105 лет

1 / 191 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]