Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Радиационная экология. Учебное пособие
.pdf
81
ления
131
I (период полураспада — 8,04 сут), к этому времени в значительной
степени снизившего свою активность [4].
По данным о концентрации
131
I и
137
Cs в пищевых продуктах в первые не-
дели после аварии на ЧАЭС, на первом месте стоит зелень и зерновые культуры, далее — молоко, молочные продукты. Из-за различий в источниках пищи,
потребляемой разными животными, концентрация
137
Cs обычно была низкой
в свинине и мясе домашней птицы, более высокая — в говядине и баранине
и очень высокая — в мясе дичи.
В некоторых продуктах — оленине, грибах, озерной рыбе, потребляемых
большинством людей в малых количествах, — концентрация
137
Cs была значи-
тельно выше. Так, после чернобыльской аварии в Швеции концентрация этого
радиоизотопа в мясе оленей достигала 10 кБк/кг. В грибах на территории Германии содержание
137
Cs было несколько ниже, но изменялось в широких пределах
в зависимости от видов гриба (от 250 Бк/кг в моховиках до 100 Бк/кг в белых
грибах и еще меньше в шампиньонах). В пресноводной озерной рыбе концентрация
137
Cs поставила от 300 Бк/кг (Германия) до многих тысяч Бк/кг (Швеция).
В организме морских рыб
137
Cs аккумулируется в очень малых количествах.
Проведенный научным комитетом ООН анализ показал, что на долю
137
Cs
приходится более 50 % дозы внутреннего облучения радионуклидами, поступающими с пищей.
Следует упомянуть и о возможности поступления в организм через пищевую цепь еще одного радионуклида — 90Sr. Хотя в общем выбросе Чернобыльской АЭС на долю 90Sr приходится около 4 %, значение его чрезвычайно велико: при поступлении в организм человека стронций накапливается в костной
ткани и практически не выводится, период его полураспада очень большой
(29,12 лет).
Источниками 90Sr в продуктах питания являются молоко, хлеб, овощи и
фрукты. Так, в 1960‒1975 гг. население США и Дании потребляло с молочными
продуктами 30 % 90Sr; с зерновыми продуктами — 17 и 45 %; с овощами и
фруктами — 54 и 24 % соответственно. На мясные продукты приходится очень
небольшой процент [4].
Концентрация 90Sr, попавшего в атмосферу в результате взрывов ядерного оружия и затем перешедшего в продукты питания, в последующие годы постоянно снижалась. Так, в нашей стране с 1960 по 1972 гг. концентрация 90Sr
в хлебе уменьшилась в 50 раз (с 2,2 до 0,44 Бк/кг), в молоке — в 33 раза
(с 11 до 0,33 Бк/кг), в мясе — в 5 раз (с 10,7 до 2,2 Бк/кг) [1].
Одним из основных направлений профилактики неблагоприятного воздействия радионуклидов является контроль за содержанием их в продуктах пи-
82
тания. Контроль за содержанием радионуклидов в продуктах питания возлагается на санитарно-эпидемиологическую службу Минздрава России. Существует
СанПиН допустимых уровней содержания цезия и стронция.
1.11. Радиоэкологические проблемы
ядерной энергетики и ядерного оружия
Радиоэкология ядерной энергетики
Ядерная энергетика — очень молодая отрасль. Первая АЭС в мире была
пущена в 1954 г. в СССР, после чего началось бурное развитие ядерной энергетики. В настоящее время, по данным МАГАТЭ, ядерная энергетика развита почти в 30 странах мира. Доля АЭС в общем производстве электроэнергии в мире
на начало 1990 г. составила примерно 17 %.
Атомный реактор маленькой электростанции в Обнинске, что находится
на северо-востоке Калужской области, в июне 1954 г. привел в действие турбогенератор, который открыл новую эру в развитии энергетики мира — ядерной
энергетики. Мощность Обнинской АЭС составляла всего 5 тыс. кВт. Для сравнения: мощность современных АЭС достигает 4 млн кВт (Ленинградская, Курская), 2 млн кВт (Смоленская, Калининская) [4].
Проблема радиоактивных отходов (РАО). Несмотря на свою недолгую
историю, ядерная энергетика накопила много сложных проблем, решение которых возможно лишь с учетом экологических требований. Одна из самых сложных — это проблема радиоактивных отходов (РАО). На атомных станциях
образуются газообразные, жидкие и твердые РАО разного уровня, радиоактивности, количество которых стремительно растет (по подсчетам ученых,
к 1995 г. только западные страны накопят около 55 тыс. т РАО, а к концу века их наберется 125 тыс. т).
Наиболее редки газообразные РАО, которые очищаются с помощью системы фильтров и выбрасываются в атмосферу.
Самыми распространенными являются жидкие РАО, хранить которые
особенно неудобно, поэтому их после нагревания и выпаривания смешивают
с цементом, бетоном или битумом. Когда этот своеобразный раствор застывает,
то превращается в монолитные блоки, помещаемые в хранилища. Жидкие отходы высокой активности внедряют в стеклообразную массу, пористые керамики, керамики на основе металлов (керметы). В результате этих действий отходы становятся твердыми и подлежат хранению и захоронению.
83
Твердые РАО (детали демонтированного оборудования, инструмент, отработавший свой срок, фильтры, спецодежда) помещают в металлические контейнеры и также временно хранят на территории станции.
В некоторых странах производится переработка РАО. Например, во
Франции отходы сначала хранятся на территории АЭС, затем на заводах растворяются в азотной кислоте; полученные азотно-кислые соли урана или плутония выделяют в виде твердого вещества и в дальнейшем используют вновь.
Как же обстоит дело с захоронением РАО? Захоронить РАО — значит
навечно поместить их в специальные пункты захоронения (могильники), где
они были бы выведены из сферы человеческой деятельности и биологических
процессов.
Захоронение позволяет изолировать любые виды РАО, в том числе
наиболее опасные — высокоактивные, с большими периодами полураспада.
Поэтому захоронение считается одним из принципиальных способов решения
проблемы при сегодняшнем технологическом уровне.
Многолетние исследования показали, что вместилищами РАО могут служить три типа геологических формаций: глины (аллювий), скальные породы
(гранит, базальт), каменная соль.
Глины используются для создания приповерхностных пунктов захоронения, а скальные породы и каменная соль — для строительства глубинных могильников.
Наиболее перспективны соляные массивы: в них отсутствуют мигрирующие воды, почти нет включений жидкости или газообразующих примесей,
агрессивно воздействующих на оболочку контейнера с РАО. Поэтому они используются как для хранения, так и для захоронения отходов.
Поиски решения проблемы РАО должны вестись с двух сторон:
1) сокращение отходов за счет совершенствования технологии и вторич-
ная их переработка;
2) совершенствование технологии захоронения в целях большей безопас-
ности.
Демонтаж и аварии АЭС. Следующая проблема, связанная с предыдущей, — это демонтаж АЭС, которые отработали положенный им 30-летний
срок. К 2010 г. в таком положении окажется 2/3 АЭС, работающих сегодня
в разных странах мира. Вывод АЭС из эксплуатации — сложный, дорогостоящий и продолжительный процесс, причем небезопасный, хотя и работающая
АЭС потенциально опасна из-за возможности аварийных ситуаций.
84
Аварии различной мощности на АЭС происходили и происходят во многих странах мира. Среди них три особенно крупные: в Англии на АЭС «Уиндскейл», в США на АЭС «Тримайл-Айленд» (1979), на Украине в Чернобыле
(1986). В результате разрушения реактора и его активной зоны на АЭС в Чернобыле в окружающую среду попали десятки миллионов кюри радиоактивных
веществ, которые в основном выпали с осадками на территории Украины, Белоруссии, центральных областей России. Однако заметные выпадения радиоактивных веществ с дождями были зарегистрированы в Австрии, Германии,
Польше, Финляндии, Швеции [4].
Поэтому главное требование к функционированию АЭС — обеспечение
более высокой степени безопасности на всех стадиях технологического процесса и этапах работы. Возможно подземное размещение реактора в скальных
породах, как, например, в Швеции. Достижение этого позволило бы снять
напряженность в решении энергетической проблемы за счет выделения новых
мощностей на АЭС.
Нельзя забывать и о явных преимуществах АЭС. Прежде всего это возможность приблизить станцию к потребителю энергии, поскольку она независима от месторождения урановых рудников благодаря компактности ядерного
горючего и продолжительности его использования. Количество образующихся
отходов здесь значительно меньше, чем на ТЭС, к тому же это одна из возможностей экономии угля, нефти, газа и широкого их использования в других отраслях.
Радиоэкологические проблемы ядерного оружия
Деятельность ВПК негативно отражается на окружающей среде не только
во время войн, но и в мирное время. Колоссальное радиозагрязнение воздуха
и земли происходит в процессе производства, испытания и хранения обычного,
химического, биологического и ядерного оружия. Например, ядерные реакторы
в военном секторе США дают 99 % всех высокорадиоактивных отходов
в стране и примерно 75 % низкорадиоактивных. Производство каждого килограмма плутония образует в среднем 1 000 л жидких высокорадиоактивных
отходов.
Большое отрицательное воздействие на биосферу оказывают и испыта-
ния различного вида вооружений. Особенно это касается испытаний ядерного
оружия, которые, как правило, осуществляются в пустынях, на островах и в
85
районах, экосистемы которых крайне уязвимы для посторонних воздействий.
Губительны последствия для растительного и животного мира, но самое опасное, когда в зоне испытаний оказывается человек. Испытания влекут за собой
риск радиоактивного облучения, следствием которого являются тяжелые заболевания (лейкемия, рак щитовидной железы).
Наиболее распространенными районами испытаний ядерного оружия были острова. Так, США использовали для этих целей острова Микронезии, где
в атмосфере над атоллами Бикини и Эниветок взрывались атомные и водородные бомбы (с 1946 по 1966 гг. около 70) [4].
Англия проводила атомные испытания (1957‒1958) на тихоокеанском
атолле Рождества. В СССР на острове Новая Земля было произведено
132 ядерных взрыва. Такой нагрузки не знал ни один регион мира.
Франция освоила острова французской Полинезии, расположенной почти
в центре крупнейшей акватории планеты — Тихого океана. Здесь на острове
Муруроа в 1966 г. в атмосфере над тихой лагуной была взорвана французская
атомная бомба, которая дала начало целой серии опасных экспериментов.
В 1968‒1974 гг., т.е. за 8 лет, в атмосфере над итоллами Муруроа и Фангатауфа
был произведен 41 ядерный изрыв [4].
В отличие от США, которые перенесли подземные испытания с островов
в штат Невада, Франция осуществляла здесь и подземные взрывы. В результате
на поверхности атоллов образовались трещины, создающие угрозу просачивания в океан самого смертоносного из всех радиоактивных изотопов — радиоактивного плутония — и заражения все больших морских просторов.
Технология подземных атомных взрывов такова: на атолле бурят скважину
глубиной 550‒1 100 м в зависимости от мощности бомбы. В скважину опускают
стальные трубы, а пространство между трубами и породой заливают цементом.
Далее вниз опускают бомбу с измерительными приборами, провода от которых
выводят на поверхность, после чего всю скважину доверху закупоривают особыми цементными пробками, чтобы преградить путь радиоактивным газам и частицам. Взрыв осуществляет оператор из бетонного здания, расположенного на значительном расстоянии от скважины. Высвобождаемая энергия создает взрывную
волну огромной мощности, при этом создается такая температура, что в центре
взрыва плавится и даже испаряется базальт. Образуются пустоты, заполняемые
расплавленной породой, поглощающей радиоактивные частицы, и трещины.
В результате наземных и подземных взрывов происходит радиоактивное
заражение местности. Радиоактивные вещества переносятся по воздуху и морю
на значительные расстояния, подвергая опасности заражения окружающие эти
86
атоллы острова. Помимо прямого радиоактивного облучения, островитяне, питаясь главным образом овощами и рыбой, употребляя в качестве питьевой воды
дождевую, пассивно накапливают радиоактивные вещества. Рыба, в органах
которой накапливаются эти вещества, из районов радиоактивного загрязнения
совершает далекие миграции и может быть выловлена и употреблена в пищу в
других районах. Поэтому загрязнение океана оказывает влияние практически
на всех жителей планеты.
В последние годы стало ясно, что даже разоружение и уничтожение оружия сопряжены с огромным экологическим риском.
Проблемы безопасности атомной энергетики
Обеспечение безопасности ядерных источников энергии — тема постоянных международных конференций неправительственной организации
ICENES. Физики и атомщики считают, что ядерная энергетика была, есть и будет реальностью современного мира. Возникающие проблемы могут быть решены только совместными усилиями всего мирового сообщества при координирующей роли МАГАТЭ.
Несмотря на длительный срок, прошедший после аварии на Чернобыльской АЭС, «чернобыльский синдром» блокирует позитивное восприятие атомной энергетики широкой общественностью.
Против строительства ненадежных атомных станций в Европе в настоящее время выступает около 500 общественных организаций.
Ростовская и Калининская АЭС, как полагают противники их ввода
в действие, — реальная угроза безопасности жителей России из-за ошибок проектировщиков, несовершенства атомных технологий.
Донское казачество считает Ростовскую АЭС самой серьезной угрозой
рыбным запасам России, а 90 % населения вокруг АЭС негативно относится к
строительству станции.
Калининская АЭС уже сейчас испытывает огромные трудности с утилизацией радиоактивных отходов и обеспечением водой, необходимой для охлаждения двух работающих реакторов. Достройка и ввод в эксплуатацию третьего реактора будет означать начало кризиса на атомной станции, которая находится в 300 км от Москвы.
Предполагается, что оба реактора впоследствии будут использоваться для
сжигания топлива, содержащего плутоний. По мнению бывшего министра по
атомной энергии Н. Н. Егорова, в России практически нет опыта работы с плу-
87
тониевым топливом, и такие планы являются источником новых опасностей
и ошибок, подобных прошлым в Чернобыле, Челябинске, Тримайл-Айленде
и Виндскейле.
Многие российские специалисты считают, что вместо строительства новых АЭС необходимы срочные работы по обеспечению безопасности реакторов
действующих АЭС, строительство хранилищ радиоактивных отходов.
По-видимому, необходим такой тип атомного реактора, который представляется совершенно безопасным. Профессор Эдвард Теллер, «отец» американской водородной бомбы, выдвигает проект подземной АЭС, работающей
в автоматическом режиме без участия человека на глубине более 100 м в течение 30 лет без извлечения отработанных материалов.
1.12. Радиационное нормирование и безопасность
Нормы радиационной безопасности
Последние «Нормы радиационной безопасности» (НРБ-99) приняты в качестве юридического документа в нашей стране в 1999 г. В них предусмотрены
следующие основные принципы радиационной безопасности:
1) принцип нормирования — непревышение допустимых пределов инди-
видуальных доз облучения граждан от всех источников ионизирующего излучения;
2) принцип обоснования — запрещение всех видов деятельности по ис-
пользованию источников ионизирующего излучения, при которых полученная
для человека и общества польза не превышает риск возможного вреда, причиненного дополнительным к естественному радиационному фону облучения;
3) принцип оптимизации — поддержание на возможно низком и дости-
жимом уровне индивидуальных доз облучения и числа облучаемых лиц при использовании любого источника ионизирующего излучения.
Нормы радиационной безопасности распространяются на следующие виды облучения персонала и населения:
‒ при нормальной эксплуатации техногенных источников ионизирующего излучения;
‒ в условиях радиационной аварии;
‒ природными источниками ионизирующего излучения;
‒ медицинское.
88
Требования по обеспечению радиационной безопасности сформулированы для каждого вида облучения. Суммарная доза от всех видов облучения служит только для оценки радиационной обстановки и медицинских последствий.
Требования НРБ-99 не распространяются на источники ионизирующего
излучения, создающие годовую эффективную дозу не более 10 мкЗв и коллективную годовую дозу не более 1 чел-Зв при любых условиях их использования,
а также на космическое излучение на поверхности Земли и облучение, создаваемое 40К, содержащимся в организме человека, на которые практически невозможно влиять.
Основные понятия и дозы
Для количественной характеристики ионизирующей способности радиоактивного излучения в действующих ранее НРБ-96 использовалось понятие
«экспозиционная доза». В последней редакции НРБ это понятие не применяется, соответственно, не применяются и единицы его выражения (Кл/кг и рентген Р (1 Р = 2,58 · 10-4 Кл/кг)). В новых нормах для характеристики этого показателя используют понятие «поглощенная доза», т.е. величина энергии излучения, переданная единице массы облучаемого вещества. Поглощенная доза
измеряется в джоулях, деленных на килограмм (Дж/кг), и имеет специальное
название — грей (Гр); 1 Гр = 1 Дж/кг. Использовавшаяся ранее внесистемная
единица «рад» равна 0,01 Гр.
Установлено, что биологическое действие одинаковых поглощенных доз
разного вида излучений (α, β, γ и др.) на организм неодинаково.
Эффект лучевого воздействия на организм зависит не только от поглощенной дозы, но и от удельной ионизации данного вида излучения. Чем выше
удельная ионизация, тем больше биологическое действие такого излучения, тем
больше взвешивающий коэффициент данного вида излучения. Взвешивающий коэффициент показывает, во сколько раз биологическое действие данного
вида излучения больше, чем β-, γ- или рентгеновского излучения, при одинаковой поглощенной дозе (табл. 4).
Повреждение тканей связано не только с количеством поглощенной энергии, но и с ее пространственным распределением, характеризуемым линейной
плотностью ионизации, или, иначе, линейной передачей энергии (ЛПЭ). Чем
выше ЛПЭ, тем больше степень биологического повреждения.
89
Таблица 4
Взвешивающие коэффициенты для тканей
и органов при расчете эффективной дозы
Органы и ткани
Коэффициент
Гонады
0,20
Костный мозг (красный)
0,12
Толстый кишечник (прямая, сигмовидная, нисходящая)
0,12
Легкие
0,12
Желудок
0,12
Молочная железа
0,05
Мочевой пузырь
0,05
Печень
0,05
Пищевод
0,05
Щитовидная железа
0,05
Кожа
0,01
Клетки костных поверхностей
0,01
Слюнные железы
‒
Мозг
‒
Остальные ткани
0,05
Всего
1,00
Для учета этого эффекта и для выработки общей основы, позволяющей
сравнивать все виды ионизирующих излучений в отношении возможных
вредных эффектов, вводится понятие эквивалентной дозы.
Эквивалентная доза (Н) равна произведению поглощенной дозы (D) на
коэффициент качества излучения или взвешивающий коэффициент (К) для
данного вида излучения:
H = D · K.
Коэффициент качества излучения К характеризует степень опасности
данного излучения по отношению к образцовому рентгеновскому излучению
с граничной энергией 200 кэВ и равняется, например, 1 — для рентгеновского,
β- и γ-излучений, 20 — для α-излучения, т.е. при одной и той же поглощенной
дозе биологическое действие α-излучения будет в 20 раз больше, чем рентге-
90
новского, γ- или β-излучений. Таким образом, коэффициент качества позволяет
учесть степень опасности облучения людей независимо от вида излучения.
Доза эквивалентная, или эффективная, — это доза, ожидаемая при
внутреннем облучении, за время с момента поступления радиоактивных веществ в организм. Если это время не определено, то его следует принять равным 50 годам для взрослых и 7 — для детей.
Доза эффективная, или эквивалентная годовая, — сумма эффективной
или эквивалентной дозы внешнего облучения, полученной за календарный год,
и ожидаемой эффективной или эквивалентной дозы внутреннего облучения,
обусловленной поступлением в организм радионуклидов за этот же год.
Эффективная доза (Е) — мера риска возникновения отдаленных послед-
ствий облучения всего тела человека и отдельных его органов и тканей с уче-
том их радиочувствительности, равна сумме произведений эквивалентной дозы
в органах и тканях на соответствующие взвешивающие коэффициенты. Единица эффективной дозы — зиверт (Зв).
Взвешивающие коэффициенты для тканей и органов при расчете эффективной дозы используются для учета различной чувствительности разных ор-
ганов и тканей в возникновении стохастических (вероятностных) эффектов ра-
диации (генетические заболевания, злокачественные новообразования, лейкозы).
В основу различной радиочувствительности органов и тканей положен
закон радиочувствительности Бергонье — Трибондо, по которому наиболее
чувствительными к ионизирующему излучению являются наименее дифференцированные ткани, клетки которых интенсивно размножаются.
Эффекты облучения
При воздействии на организм человека ионизирующая радиация может
вызвать эффекты двух видов:
1) детерминированные пороговые эффекты (лучевая болезнь, лучевой
дерматит, лучевая катаракта, лучевое бесплодие, аномалии развития плода и др.);
2) стохастические (вероятностные) беспороговые эффекты (злокаче-
ственные опухоли, лейкозы, наследственные болезни).
В проявлении ранних детерминированных эффектов характерна четкая
зависимость от дозы облучения радиационных повреждений разной степени
тяжести — от скрытых, т.е. незначительных, без клинических проявлений,
до смертельных.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]