Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Радиационная экология. Учебное пособие
.pdf
151
Пути поступления продуктов радиоактивного деления в организм и их
выведение. Поведение долгоживущих радионуклидов в организме животных,
растений, грибов.
Накопление радионуклидов растениями, грибами, основными группами
животных: червями, моллюсками, членистоногими, млекопитающими, птицами, амфибиями и рептилиями.
2.3. Популяционные реакции на радиоактивное загрязнение.
Радиоэкология популяций. Условия накопления радионуклидов в популяциях. Действие радиоизотопов на популяцию.
Реакции человеческой популяции: энергоемкая детоксикация, реорганизация обмена веществ. Популяционный фенотип.
Закономерности накопления радионуклидов в популяциях животных в
зависимости от местных условий, влияние ионизирующего излучения на поведение животных, на изменчивость в популяциях.
Сезонные изменения в концентрации радионуклидов.
2.4. Экосистемные реакции на радиационную деформацию среды.
Биологические и экологические последствия радиационных воздействий
в экосистемах. Коэффициенты накопления и наблюдаемые отношения.
Пути миграции и коэффициенты накопления основных радионуклидов в
трофических цепях. Экосистемные реакции на радиационную деформацию среды. Их роль, последствия, зависимость от различных факторов.
Миграция радионуклидов в трофических цепях основных экосистем:
морских, пресноводных, наземных.
Экосистемные воздействия техногенных радиационных и токсикохимических факторов.
Раздел. 3. Проблемы радионуклидного загрязнения среды
3.1. Поведение долгоживущих радионуклидов ядерно-энергетического
происхождения в атмосфере и почве.
Распределение радиоактивных изотопов в разных слоях атмосферы. Характеристики накопления радионуклидов в почвах, их зависимость от свойств почвы.
Суммарная радиационная (сорбционная) емкость почвы. Скорость накопления. Поведение долгоживущих радионуклидов в почве.
Закономерности перемещение. Особенности загрязнения почв стронцием,
цезием, плутонием.
152
3.2. Поведение долгоживущих радионуклидов ядерно-энергетического
происхождения в воде
Поведение радионуклидов в пресной и морской воде, в прибрежных районах. Скорость миграции и коэффициент накопления.
Экосистемные воздействия техногенных радиационных и токсикохимических факторов.
3.3. Радиоэкологические проблемы ядерной энергетики и оружия
Проблемы безопасности атомной энергетики. Аварии на АЭС, ядерные
отходы, взрывы ядерного оружия и их последствия.
Радиоэкологические проблемы ядерной энергетики: проблема РАО и
МРО, демонтажа АЭС, переработки ТВЕЛ.
Проблемы безопасности имеющихся АЭС. Загрязнение атмосферы при
работе АЭС и предприятий по переработке ядерного топлива.
Раздел 4. Радиационное нормирование и защита населения
4.1. Радиационное нормирование и безопасность.
История нормирования радиации. Современные теоретические представления о пределах радиационной безопасности.
Нормы радиационной безопасности, принятые в России, и их оценка. Эквивалентная и эффективная дозы, основные пределы доз, пределы годового поступления.
Принципы радиационной безопасности и нормирования (НРБ-99). Взвешивающий коэффициент, дозы облучения. Группы облучаемых лиц и классы
нормативов.
Современные теоретические представления о пределах радиационной
безопасности. Основные пределы доз, предел годового поступления, среднегодовые допустимые объемные активности, уровни вмешательства.
4.2. Противорадиационная защита населения.
Медико-административные меры радиационной защиты населения. Критерии оценок реакций, профилактические меры.
Формы противорадиационной защиты: защита временем, расстоянием,
экранированием.
153
Противорадиационная защита: введение конкурентов, введение мишеней,
ионная защита. Накопление радионуклидов в продуктах питания. Источники
поступления.
Фармако-диетическая защита населения. Профилактические мероприятия
и защита населения в случае радиационных аварий.
4.3. Радиационно-экологический контроль, прогнозирование и профилак-
тика последствий радиоактивного загрязнения среды.
Особенности построения радиационно-экологического контроля и профилактических мер при загрязнении лесных массивов и водоемов.
Ликвидация последствий радиоактивного загрязнения. Радиационный
мониторинг, биомониторинг (цели, принципы, методы).
Биоиндикация радиоактивных загрязнений.
3.2. Методические рекомендации по основным разделам курса
Раздел 1. Основные понятия радиационной экологии
Трудности могут вызвать темы, связанные с законами и понятиями ядерной
физики, на которые требуется обратить особое внимание: «Строение атома», «Виды и свойства ионизирующего излучения», «Типы радиационного распада».
Следует достаточно времени уделить разъяснению данных вопросов, так
как они являются фундаментом для дальнейшего изучения дисциплины. В конце раздела следует провести срез знаний и убедится в том, что материал усвоен.
Для более полного усвоения знаний следует использовать задачи из раздела
«Ядерная физика».
Особого внимания требуют вопросы «Характеристика естественных радионуклидов» и «Характеристика искусственных радионуклидов», так как они
являются фундаментом дальнейшего изучения курса и вызывают у студентов
трудности в связи с большим количеством числового материала.
Раздел 2. Радиационная биология
Следует обратить внимание на клеточно-молекулярные механизмы облучения (первичное звено, вторичные реакции, фотоэффект, эффект резонанса,
цитохромный эффект), так как изучение биохимических и молекулярных механизмов облучения вызывает у студентов трудности, в отличие от геномных эффектов и характера течения лучевой болезни.
154
Для более успешного изучения этого материала необходимо использовать
на аудиторных занятиях наглядный материал (схемы, таблицы, рисунки) и/или
анимационные слайды в мультимедийных презентациях.
В темах, изучающих популяционные и экосистемные эффекты воздействия радиоактивного загрязнения, следует обратить внимание на передачу загрязнителей по трофическим цепям, что имеет большое экологическое значение. В целом темы данного раздела имеют тесную связь с вопросами общей
экологии и не должны вызывать затруднений у студентов. Подробно следует
изучить коэффициенты концентрации и распределение продуктов радиоактивного распада в различных организмах, рассмотреть сравнительную радиочувствительность организмов, ее зависимость от различных факторов.
Раздел 3. Проблемы радионуклидного загрязнения среды
При изучении поведения долгоживущих радионуклидов ядерноэнергетического происхождения в атмосфере, воде и почве необходимо обратить внимание на факторы, от которых зависит распределение радионуклидов в
данных средах, скорость миграции и коэффициенты накопления.
Вопрос о проблемах безопасности, о достоинствах и недостатках ядерной
энергетики и строительства АЭС является дискуссионным и проблемным ―
его изучение можно провести в виде полемики и/или ролевой игры.
Для того чтобы студенты наглядно представляли историю и последствия
антропогенного радионуклидного загрязнения среды, изучение ситуации на
Чернобыльской АЭС, в Хиросиме и Нагасаки можно провести с использованием учебных видеофильмов.
Раздел 4. Радиационное нормирование и защита населения
С практической точки зрения данный раздел представляется наиболее значимым. Для профессиональной деятельности будущим экологам необходимо знать
нормы радиационной безопасности, принятые в России, и методы их оценки.
В этой связи необходимо подробно изучить принципы радиационной безопасности и нормирования (НРБ-99), научить студентов рассчитывать значения
эквивалентной и эффективной дозы, основных пределов доз и годового поступления радионуклидов. В данном разделе целесообразно использовать задачи по
расчету эффектов радиоактивного загрязнения.
155
3.3. Примеры решения задач
Задачи на тему «Радиоактивность»
Задача 1
Дано: активность препарата
32
P
равна 2 мкКи.
1/2
T
= 14,5 суток. Сколько
весит такой препарат?
Решение:
1. Переводим активность в системные единицы:
1 Ки = 3,7 ∙ 1010 Бк,
2 мкКи = 2 ∙ 10-6 ∙ 3,7 ∙ 1010 = 7,4 ∙ 104 Бк, т.е. 74 000 распадов/с.
2. Находим активность по формуле:
АN
=
,
ln2 ln2 0,693
T
TT
= = =
,
0,693
A A T
N
==
.
3. Переводим T из суток в секунды:
6
1/2
14,5 24 60 60 14,5 86400 1,25 10T = = =
с.
4. Находим число атомов:
0,693
A A T
N
==
;
6
11
74000 1,25 10
1,335 10
0,693 0,693
AT
N
= = =
.
5. Находим массу вещества:
A
m
NN
=
,
где
A
N
― число Авогадро; N ― число атомов, ― атомная масса.
11
12
23
32 1,335 10
7 10 7
6,022 10
A
N
m
N
−
= = = =
пг.
Ответ: 7 пг.
156
Задача 2
Дано: активность препарата
131
J
составляет 12 ПБк. Какова масса препа-
рата, если
1/2
T
= 193 ч?
Решение:
1. Переводим активность в системные единицы.
2. Переводим T из часов в секунды:
5
1/2
193 60 60 6,9 10Тс= =
.
3. Находим число атомов:
16 5
22
1,2 10 6,9 10
1,195 10
0,693 0,693
ATN
= = =
.
4. Находим массу:
22
23
131 1,195 10
2,61
6,022 10
A
N
m
N
= = =
г.
Ответ: 2,61 г.
Задача 3
Дано: дан препарат
40
K
активностью 20 нБк. Период полураспада
9
1/2
1,277 10T =
лет. Вычислить массу данного препарата.
Решение:
1. Переводим T из часов в секунды:
9 9 16
1/2
1,277 10 лет 1,277 10 365,25 24 60 60 4,03 10 сT = = =
.
2. Переводим активность в системные единицы.
157
3. Находим число атомов:
8 16
9
2 10 4,03 10
1,16 10
0,693 0,693
AT
N
−
= = =
атомов.
4. Находим массу:
фг
N
N
m
A
77107,7
10022,6
1016,140
14
23
9
==
==
−
(фемтограмм).
Ответ: 77 фг.
Задача 4
Дано: масса препарата стронция-90 равна 0,5 кг, период полураспада ―
27,7 лет. Какова активность препарата?
Решение:
1. Переводим массу в граммы: т = 0,5 кг = 500 г.
2. Переводим период полураспада в секунды:
8
27,7 24 3600 365,25 8,74 10Тс= =
.
3. Находим число атомов:
23
24
500 6,023 10
3,35 10
90
A
m
NN
M
= = =
.
4. Находим активность:
24
15
8
0,693 0,693 3,35 10
2,7 10
8,74 10
N
А
Т
= = =
Бк = 7,3 104 Ки.
Ответ: 7,3 104 Ки.
158
Задача 5
Дано: масса препарата полония-210 равна 0,5 кг, период полураспада ―
138 дней. Какова активность препарата?
Решение:
1. Переводим массу в граммы:
т = 0,5 кг = 500 г.
2. Переводим период полураспада в секунды:
7
138 24 3600 1,2 10Тс= =
.
3. Находим число атомов:
23
24
500 6,023 10
1,43 10
210
A
m
NN
M
= = =
.
4. Находим активность:
24
16 5
7
0,693 0,693 1,43 10
8,3 10 9.7 10
1,2 10
N
А Бк Ки
Т
= = = =
.
Ответ: 9,7 · 105 Ки.
Задачи на тему «Нахождение доли радиоизотопов в смеси»
Задача 1
Дано: дан препарат из
56
Fe
и
59
Fe
массой 1 г. Активность препарата ―
10 мкКи (T
1/2
(
59
Fe) = 45 суток). Определить процентное содержание
59
Fe
.
Решение:
1. Переводим в единицы СИ:
1 Kи = 3,7 · 10
10
Бк;
10 мкKи = 10
-5
· 3,7 · 10
10
= 3,7 · 105 Бк.
159
2.
АN
=
, где
ln2 0,693
TT
==
,
откуда
ln2
AN
T
=
ln2
AT
N
=
.
3. Переведем
1/2
T
в СИ:
6
1/2
45 24 60 60 3,888 10T = =
с.
4. Считаем число атомов по 2):
N = A · T/ln2 = 3,7 · 105 · 3,888 · 106/0,693 = 2,076 · 1012.
5. Находим массу:
A
m
NN
=
,
где
A
N
― число Авогадро;
NА = 6,022 · 10
23
моль-1;
μ ― атомная масса (μ = 59):
m = μ · N / NА = 59 · 2,076 · 10
12
/ 6,022 · 10
23
= 2,034 · 10-8.
6. Доля
59
Fe
равна:
% = m (59Fe) / m (59Fe + 56Fe) = 2,034 · 10
-8
/ 1 = 2,034 · 10
-8
= 0,00000002 %.
Ответ: 0,00000002 %.
160
Задача 2
Дано: найти активность головы человека, если в ней
10
10
−
частей
111
Ag
(серебро, Т
1/2
= 7,5 суток) и
9
10
−
частей
198
Au (золото, Т
1/2
= 2,7 суток). При этом
масса человека ― 50 кг. Доля головы по массе составляет 3,64 %.
Решение:
1.
АN
=
, где
ln2
T
=
, а
A
m
NN
=
.
2.
1/2
ln2
A
Nm
А
T
=
.
А
Ag
= 0,693 · 6,022 · 10
23
· 10
-10
· m
головы
/ 111 · 7,5 · 24 · 3600 ≈ 5,8 · 105 · m
головы
.
А
Au
= 0,693 · 6,022 · 10
23
· 10
-9
· m
головы
/ 198 · 2,7 · 24 · 3600 ≈ 9,0 · 104 · m
головы
.
m
головы
= 3,64 · 1 % · m
тела
= 3,64 · 0,5 = 1,82 кг = 1 820 г.
А
Ag
= 5,8 · 105 · 1 820 = 1,06 · 109.
А
Au
= 9,0 · 104 · 1 820 = 1,64· 108.
3. A = А
Ag
+ А
Au
= 1,06 · 109 + 1,64· 108 = 1,746 · 108 Бк = 4,72 · 10-3 Ки.
Ответ: 4,72 · 10-3 Ки.
Задача 3
Дано: дана смесь сурьмы
121
Sb
и
124
Sb
массой 1 мг. Активность препарата ―
13 мКи
( )
( )
124
1/2
60T Sb суток=
. Определить долю радиоактивного изотопа
124
Sb
.
Решение:
1. Переводим в единицы СИ:
1 Kи = 3,7 · 10
10
Бк;
13 мKи = 13 · 10
-3
· 3,7 · 10
10
= 4,81 · 108 Бк.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]