Болятко Основы екологии и охраны окружаюсчей 2008

продукты удаляются из атмосферы двумя основными механизмами: вымыванием с помощью осадков и сухим выпадением. Первый процесс включает в себя поступление радионуклидов в капли дождевой воды и последующее выпадение вещества на поверхность земли. Сухое выпадение играет большую роль в пределах лежащего у поверхности слоя, где переносимая ветром радиоактивность может контактировать с поверхностью. Выпавшие на поверхность вещества могут впоследствии снова перейти в атмосферу, и этот процесс ресуспензии может продолжаться над загрязненной территорией в течение длительного времени.

Выпавшие радиоактивные вещества могут приводить к внешнему облучению, а также включаться в пищевые цепи. Скорость процессов выпадения определяет интенсивность и распространение загрязнения наземных и водных экосистем. Однако, дозы облучения населения от глобальных выпадений незначительны.

Так, в 1963 г. коллективная среднегодовая доза, связанная с ядерными испытаниями, составила 7% дозы облучения от естественных источников. К 1966 г. она снизилась до 2%, а к началу 80-х годов уменьшилась до 1%. В дальнейшем формирование доз будет происходить практически только за счет 14C.

Суммарная ожидаемая коллективная эффективная доза от всех испытаний, произведенных к настоящему времени, составит в будущем около 30 млн чел.-Зв. К 1980 г. человечество получило лишь 12% этой дозы. Из этой суммарной дозы основной вклад дадут

следующие радионуклиды: 14C – 69% общей дозы; 137Сs – 14%; 95Zr – 5,3%; 90Sr – 3,2%; 106Ru – 2,2%; 144Ce – 1,4%; 3H – 1,2%; 131I – 0,9%

(табл. 6.10).

Средний уровень современного глобального загрязнения по 137Cs составляет 3000 Бк/м2 (0,08 Ки/км2), а по 90Sr – 1700 Бк/м2

(0,045 Ки/км2). Для сравнения в результате Чернобыльской аварии площадь районов с загрязнением более 1500 Бк/м2 (40 Ки/км2) составила 7000 км2, а в локальных точках до 7500 Бк/м2 (200 Ки/км2). Критическими радионуклидами загрязнения являются цезий (79,3%), стронций (19,8%) и плутоний (0,9%).

191

Таблица 6.10

Выход некоторых продуктов деления при ядерном взрыве в атмосфере

В табл. 6.11 приведено сравнение выбросов некоторых радионуклидов при ядерных взрывах и авариях на ядерных реакторах в Чернобыле и Виндскейле (Англия).

Таблица 6.11

Сравнение выбросов радионуклидов от различных источников

192

населения, проживающего в районе расположения ТЭС за счет ингаляционного поступления, а выпадающие на поверхность радионуклиды поступают в организм человека с пищевыми продуктами, вдыхаемым воздухом и питьевой водой.

Таблица 6.12

Концентрация некоторых радионуклидов в углях и золе, Бк/кг

Большая часть мировых запасов нефти приурочена к богатым органическим веществом глинистым сланцам. Благодаря присутствию урансодержащих фосфатов концентрация урана в них достигает 1000 г/т и более. Нефть и газ поступают из пробуренных скважин с примесью растворенных солей, в которых радиоактивность может достигать величины 15 000 Бк/г.

При добыче газа оценочное значение мирового годового выброса 222Rn достигает 1900 ТБк (50 000 Ки).

Использование фосфорных удобрений в сельском хозяйстве, приводящее к усвоению естественных радионуклидов растениями из почвы, и отходов фосфатного производства в качестве строительных материалов (гипса) является дополнительным источником облучения.

Широкое использование во всем мире большого количества потребительских товаров, содержащих естественные радионуклиды, также является источниками дополнительного облучения. Оценка среднегодовой дозы приводит к величине 10 мкЗв.

Тем не менее хотя техногенная радиоактивность может оказаться даже больше, чем вышеприведенные значения, она на порядок меньше, чем естественная эмиссия радионуклидов в атмосферу.

194

В табл. 6.13 сопоставляются данные (1981 г.) по естественной и техногенной эмиссии в атмосферу по различным путям поступления. Сравнение приводится в пересчете выбросов вещества на поток ионизирующей энергии с учетом дочерних изотопов.

Отметим, что одно из следствий сжигания ископаемого топлива, получившее название эффекта Зюсса, – снижение атмосферной радиоактивности, поскольку несколько миллиард тонн углерода, поступающего ежегодно в атмосферу в виде CO2, не содержат радиоактивный 14C.

Таблица 6.13

Относительные уровни эмиссии, пересчитанные на поток энергии, Дж/с

Сводка данных по средним годовым индивидуальным эквивалентным дозам для населения земли, приведенным к настоящему времени, представлена в табл. 6.14.

195

Таблица 6.14

Средние значения эффективных эквивалентных доз облучения

6.6. Биосферный перенос радионуклидов

Радионуклиды могут существовать в различных физических и химических формах в зависимости от условий выброса и переноса (газы, аэрозоли и частицы). Газы могут быть инертными, как

196

благородные газы, или реакционно-способные, как йод. Частицы с высокой активностью («горячие частицы») могут образовываться при ядерных взрывах и авариях реакторов.

При выбросах антропогенных радионуклидов их дальнейшее поведение проявляется в биогеохимических процессах. Данные радионуклиды попадают в наземные экосистемы из атмосферы, через поверхностные воды или из грунтовых вод и их дальнейшее поведение определяется химической формой. Большое значение имеют пути миграции радионуклидов в пресных водах, особенно в озерах, так как эти экосистемы особенно чувствительны к загрязнению.

Перенос радионуклидов из атмосферы на растительность включает в себя процессы выпадения, поглощения и удержания. Существуют два способа поглощения радионуклидов растениями – листвой и корнями. Эффективность этих процессов определяется временем нахождения загрязняющего вещества на поверхности растения и способностью корней различных видов растений поглощать из раствора разные радионуклиды. После поглощения радионуклиды могут переместиться выше или ниже точки проникновения.

Затем перенос радионуклидов с пастбища в организм животного и включение их в метаболизм оценивается коэффициентом переноса «растение – животное», который определяется как отношение концентрации радионуклида в мясе или молоке к суточному потреблению корма.

Благородные газы (Kr, Xe). Такие газы освобождаются в результате работы предприятий ЯТЦ, а также при испытаниях ядерных зарядов и при авариях. Все они имеют короткий период полураспада (за исключением изотопа 85Kr ~ 10,4 года), химически инертны и имеют очень слабую адсорбцию.

Йод. Он относится к группе галогенов и является продуктом деления, который может выделяться из неисправного тепловыделяющего элемента. Особенно важен изотоп ≈ 8 дн.), который может поступать в атмосферу в различных формах (газ или аэрозольная фракция), а также образовывать органические соединения. Сразу после аварийных выбросов становится радионуклидом первейшей важности. Характерной особенностью

197

обмена йода служит способность его накапливаться в щитовидной железе.

Тритий. Он обладает большим периодом полураспада (12,3 лет) и вследствие этого является глобальным загрязнителем природных комплексов. Достаточно легко рассеивается в окружающей среде вследствие своей химической идентичности с водородом и обладает большой миграционной способностью. Кроме того, тритий способен проникать через кожу животного и человека, если он представлен в виде тритированной воды.

Слаболетучие радионуклиды. Это, прежде всего,

долгоживущие (T1/2 ≈ 30 лет) 137Cs и 90Sr, представляющие главную опасность при загрязнении природных объектов после ядерных аварий. Цезий более летуч, чем стронций, и его миграция из ядерного топлива выше. При контакте с водой он может растворяться и становиться доступным для поглощения живыми организмами. В период испытаний ядерного оружия нахождение радиоцезия 137Cs в арктических и альпийских экосистемах играло исключительно важную роль с точки зрения воздействия на человека. Хорошими концентраторами радиоцезия служат мхи и лишайники, в которых его активность часто на порядок выше, чем в высших растениях этих же экосистем.

Таблица 6.15

Некоторые значения коэффициентов переноса «почва – растение»

198

Втабл. 6.15 приведены для 137Cs и 90Sr значения коэффициентов переноса (КП) из почвы в растения, определяемые как отношение удельной активности (Бк/кг) сухой культуры к активности сухой почвы (Бк/кг). Наибольшее количество радионуклидов накапливается в листовой части растений.

Втабл. 6.16 приведены данные по активности 137Cs в загрязненном сосновом лесу вблизи Чернобыля в 1990 г., показывающие, что большая часть активности сосредоточилась в органическом слое почвы. Важным фактором воздействия радиоактивного загрязнения на лесные массивы является время года. Например, лиственные леса в меньшей степени подверглись риску после Чернобыльской аварии, поскольку в это время года слабо поглощают радиоактивность.

Таблица 6.16

Распределение активности 137Cs в лесном массиве

Нелетучие элементы (церий, цирконий). Такие элементы могут выбрасываться в окружающую среду только в определенных условиях и в виде мельчайших частиц разноситься ветром.

На рис. 6.5 показаны основные пути поступления радионуклидов в организм человека. Среди основных естественных элементов находится 40K, а также долгоживущие радионуклиды рядов 238U и 232Th. В регионах со средним уровнем естественной

199

радиации годовое поступление 238U оценивается в 5 Бк, 226Ra с пищей – 15 Бк, 222Rn от 20 до 200 Бк.

Значительное количество искусственных радионуклидов поступает в организм человека в результате загрязнения окружающей среды. Например, наиболее важными радионуклидами после Чернобыльской аварии, поступившими с загрязненными продуктами питания, являлись 131I и 137Cs. Концентрация последнего радионуклида составила в мясе оленей 10 кБк/кг в Швеции, а в грибах на территории Германии до 250 Бк/кг. Большие концентрации 137Cs были отмечены в озерной рыбе. Проведенные исследования показали, что 50% дозы внутреннего облучения связаны с этим радионуклидом.

Рис. 6.5. Пути воздействия радиоактивных отходов на человека

В заключение приведем часть материалов из ежегодного (2005 г.) государственного доклада по экологической обстановке в России.

200