Защита населен. Электронный курс. Поляков / Лекции Поляков Защита населения / 7 тема++
.pdf
наблюдались значения 137 кБк/м2 на севере Гомельской области (Ветковский р-н) и 29 кБк/м2 на расстоянии 250 км от места аварии (Чериковский район Могилевской области).
Рис. 1.5. Загрязнение территории Беларуси стронцием-90 по состоянию на 2001 год
Загрязнение трансурановыми элементами
Загрязнение территории изотопами плутония-238,-239,-240 с плотностью более 0,37 кБк/м2 (еще один законодательно установленный критерий для зон загрязнения)
охватывает около 4,0 тыс.кв. км, или почти 2% площади республики (рис. 1.6). Эти территории находятся преимущественно в Гомельской области (Брагинский, Наровлянский, Хойникский, Речицкий, Добрушский и Лоевский районы) и Чериковском районе Могилевской области. Наиболее высокие уровни наблюдаются в 30-км зоне ЧАЭС, в частности, в Хойникском районе – свыше 111 кБк/м2.
Рис. 1.6. Загрязнение территории Беларуси трансурановыми элементами по состоянию на 2001 год
11
Для трансурановых элементов наблюдается рост удельной активности америция-241 за счет естественного распада плутония-241. Прогноз показывает, что к 2058 году удельная активность америция превысит суммарную активность всех изотопов плутония в
1,8 раза.
Во время аварии на ЧАЭС наибольшему радиоактивному загрязнению подверглись лесные фитоценозы. В них выпало радионуклидов в 5-10 раз больше, чем на пашне, поскольку лес служил естественным фильтром, задерживающим радиоактивные аэрозоли. Площадь загрязнения лесов в Беларуси составляет 1,73 млн. га (25% от всей площади лесов). Основное количество радиоактивного цезия сконцентрировано в подстилке (76% от общего содержания этого радионуклида во всем основном биогеоценозе в целом). Наиболее загрязненными являются леса Наровлянского, Хойникского и Горагинского районов.
Луга в районе аварии в меньшей степени, чем леса оказались загрязненными радиоактивными выбросами, поскольку ветровые потоки, не испытывая сопротивления на открытых местах, уносили радиоактивные аэрозоли на большее расстояние от места аварии. Тем не менее, сильное загрязнение лугов наблюдается на юге Гомельской области. Здесь плотность загрязнения луговых почв колеблется в пределах 100-200 Ku/км2.
Социально-экономические потери Республики Беларусь.
По оценке специалистов, общие экономические потери Республики Беларусь за 1986-2015 гг. составят 235 млрд. долларов США. Это равно 32 государственным бюджетам Республики Беларусь на 1985 г.
При этом потери постоянно растут:
за 1986-1990 гг. - 29 млрд. долларов; за 1991-1995 гг. - 50 млрд. долларов; за 1996-2000 гг. - 61 млрд. долларов; за 2001-2015 гг. - 95 млрд. долларов.
Если рассматривать структуру видов потерь, то прямые и косвенные потери составляют 12,6 % , упущенная выгода - 5,8 %, дополнительные затраты, связанные с ликвидацией последствий катастрофы на ЧАЭС, - 81,6 %.
Из сельскохозяйственного оборота выведено 2,64 тыс. км2 угодий.
Ликвидировано 54 колхоза и совхоза, закрыто 9 заводов агропромышленного комплекса, прекратили хозяйственную деятельность еще около 300 народнохозяйственных комплексов, свыше 600 школ и детских садов, около 100 больниц, свыше 500 объектов торговли, общественного питания и бытового обслуживания. Резко сократились посевные площади, снизился сбор урожая сельскохозяйственных культур и уменьшилось количество скота.
В зонах радиоактивного загрязнения оказались 132 месторождения минерально-сырьевых ресурсов, в том числе 47 % запасов формовочных
12
песков, 19 % строительных и силикатных, 91 % стекольных песков республики, 20% промышленных запасов мела, 13 % запасов глин для производства кирпича, 40 % тугоплавких глин, 65 % запасов строительного камня и 16 % цементного сырья.
Из пользования выведено 22 месторождения минерально-сырьевых ресурсов, балансовые запасы которых составляют почти 5 млн. м3 строительного песка, песчано-гравийных материалов и глин, 7,7 млн. т мела Иг-13,5 млн. т торфа. Из планов проведения геологоразведочных работ исключена территория Припятской нефтегазовой области, ресурсы которой оценены в 52 млн. т. нефти. Ежегодные потеря древесных ресурсов превышают, 2 млн. м3, а к 2010 г. они достигнут 3,5 млн. м3. В Гомельской области загрязнено радионуклидами 51,6 % лесных массивов, в Могилевской
—36,4 % общей площади заготовки древесины.
Взонах радиоактивного загрязнения, где активность по цезию достигает 555 кБк/м2 и выше находится около 340 промышленных предприятий.
Несмотря на трудные экономические условия, правительство вынуждено ежегодно направлять до 10 % бюджетных средств на преодоление последствий катастрофы. При этом 30-40 % этих средств идет на обеспечение условий проживания населения, в том числе в виде выплат различного рода пособий и компенсаций.
Вопрос 4. Основные типы радионуклидов, накапливающихся в организме человека, особенности их воздействия.
Попадание радиоактивных веществ внутрь организма человека происходит, как вы знаете, с вдыхание воздуха, употреблением воды, продуктами растительного и животного происхождения, т.е. по пищевым цепям. Назовем основные пути:
1.Растение (овощи, салаты, фрукты и т.д.) – человек;
2.Растение – животное – молоко – человек;
3.Растение – животное – мясо – человек;
4.Водоросли – рыба – человек
Вследствие очень большого выброса, длительного распада (Т1/2=30 лет) и высокой биохимической активности радиоактивный цезий- 134,-137 являются основным дозообразующим изотопом в настоящее время.
Гамма-кванты цезия-137 и -134 формировали и формируют дозу внешнего облучения человека. Внутреннее облучение ими, а также электронами при β-распаде обусловлено поступлением цезия с пищей ( в загрязненных зонах) и вдыхаемой пылью. В организме человека цезий быстро проникает в кровь и равномерно распределяется по всем органам и тканям. Большинство этой радиоактивности попадает в мышцы. Большая концентрация в организме изотопов цезия обычно приводит к угнетению
13
кроветворной, сердечно-сосудистой, эндокринной систем, а в дальнейшем – к развитию опухолей.
После аварии на Чернобыле содержание радиоактивности у жителей пострадавших республик резко изменилось. Только цезию-137, регистрируемому счетчиком излучений человека (СИЧ) у жителей Беларуси активность нередко достигает 104-107 Бк/кг веса. Норма 20 Бк/кг.
Цезий-137.
Это щелочной металл серебристо-белого цвета, мягкий, тягучий. В воздухе моментально воспламеняется. В природе входит в состав отдельных минералов. Хорошо сорбируется почвами (особенно черноземами). Бета- и гамма-излучатель (рис.6). Период полураспада составляет 30 лет. На территорию республики выпал в виде дисперсных частиц размером от 2 мкм до нескольких сотен мкм.
Рис. 6 Схема распада цезия-137
Цезий-137 закрепляется в бедных калием почвах, а в почвах богатых органикой хорошо усваивается корневой системой и легко передвигается в самих растениях. Цезия много в зерне, стеблях картофеля, в зелени и других растениях. В водной среде процессы миграции цезия идут интенсивнее, поэтому в рыбе он накапливается в значительных количествах.
В организм человека поступает через желудочно-кишечный тракт.
Легко всасывается в желудочно-кишечном тракте (50%-80%) и свободно циркулирует в составе крови по всему телу. Основная часть цезия накапливается в мышцах (80%), в костях – (8%). Выводится из организма с мочой, калом и потом. Период биологического полувыведения из организма взрослого человека – до 3-х месяцев, у детей до 15 лет – 50 суток, до 5 лет – 20 суток.
Аналогичное накопление радионуклидов происходит и у животных,
но у коров большая часть цезия переходит в молоко, у кур – в яйца. По химическим свойствам цезий-137 близок к калию и является его конкурентом (если в организме дефицит калия, усваивается цезий). При попадании в организм человека вызывает лейкемию, рак молочной железы, печени, подавление системы кроветворения, угнетение костного мозга, опухоли кожи и другие заболевания. При попадании на кожу цезий всасывается по кровеносным и лимфатическим капиллярам. Период биологического полувыведения его из кожи равен одним суткам.
14
Йод и теллур. В начальный период аварии в окружающей среде имелось огромное количество летучих и биохимически активных радиоизотопов йода и теллура.
Йод легко присоединяется к любым белкам, попадая в организм с вдыхаемым воздухом и пищей (молоко, огородной зеленью и др.). Из легких и желудочно-кишечного тракта с кровью он переносится по всем органам и тканям. Но уже через несколько часов значительная его часть (40-45%) оказывается в щитовидной железе. В природе йода немного и в щитовидной железе не предусмотрен «ограничитель» на этот элемент: она захватывает то, что имеется. С радиоактивной струей выделилось около десятка радиоизотопов йода 133I, 135I, 131I с Т1/2=8,05 суток, он является источником опасности не только в близлежащих республиках, но и во многих странах Центральной Европы. Период «йодной опасности» продолжается около 2 месяцев. Облучение получили многие тысячи людей.
Реальную опасность представлял и теллур-132. При распаде этот изотоп образует радиоактивный йод-132, который попадает в щитовидную железу.
Чтобы уменьшить опасность йодного облучения, надо до отказа «набить» железу сравнительно безвредным стабильным йодом-127. Из-за быстрого депонирования йода эта процедура через 6 часов после появления радиоактивности в воздухе эффективна всего на 50%, а через сутки практически бесполезна.
«Йодная профилактика» проводилась в Польше, ФРГ, Австрии и в ряде других стран сразу после поступления информации об аварии ( йодированный калий, йодированная соль, морская капуста, хурма богатая йодом). В зоне примыкающей к Чернобылю, она не проводилась или была проведена лишь на 6-10 сутки, что явилось причиной переоблучения.
Стронций 90
Высокотоксичный радиоактивный стронций-90 (Т1/2=29 лет) поступает через кишечную стенку и избирательно накапливается в костной ткани, разрушая опорно-двигательный аппарат, и поражает костный мозг – регулятор системы кроветворения, что приводит к лейкозам.
Стронций-90 выпал в основном на юге Гомельской области. В биосферу его попало меньше, чем цезиевых изотопов, но он очень медленно выводится из организма. Общее содержание стронций-90 в организме при длительном поступлении с пищей постоянно растет, и его вклад в облучение становится все более весомым.
Стронций-90 – это серо-белый металл, легкий, ковкий, пластинный. Входит в состав минералов. Бета-излучатель. Период полураспада 29 лет (рис. 7). Входит в состав биологической ткани животных и растений. В растениях в основном накапливается в корневой системе. Его также много в зерне, листовых овощах.
15
Рис. 7 Схема распада стронция-90
Обладая хорошей растворимостью, стронций легко вымывается из почвы и попадает в водоемы, где активно накапливается гидробионтами.
Стронций-90 конкурирует с кальцием, поэтому у человека и животных избирательно накапливается в костях. Но некоторое накопление происходит в почках, слюнной и щитовидной железах, в легких, откладывается также на стенках сосудов, способствует интенсивному отложению солей. Больше стронция откладывается в молодых костях. Период биологического полувыведения – около 20 лет.
Процент всасывания стронция зависит от ряда факторов:
-возраста ( у детей процент всасывания выше);
-физиологического состояния организма (период беременности, лактации);
-количества в организме витамина D (витамин ускоряет всасывание стронция);
-количества поступающего в организм кальция (чем больше поступает кальция, тем меньше всасывается стронция);
-пола (у мужчин всасывание идет активней);
У кур стронций переходит в скорлупу яиц, у коров значительная часть переходит в молоко. Стронций-90 вызывает различные онкологические и другие заболевания. Период биологического полувыведения – около 20 лет.
Плутоний-239
Изотопы плутония и урана являются источниками α-излучения и скапливаются в скелете. Попадая же в легкие с выдыхаемым воздухом, радионуклиды плутония способны «прожигать и омертвлять» окололежащие ткани.
Это металл серого цвета. Альфа-излучатель. Обладает также слабым гамма-излучением. Период полураспада – 24065 лет (рис.8). Особо опасен при попадании в органы дыхания, желудочно-кишечный тракт и на поврежденную кожу. При дефиците кальция и стронция избирательно накапливается в костях, но при попадании в кровеносное русло 45% плутония задерживается в печени, откуда половина выводится только через 20 лет. Однако на практике уже через 2–3 месяца возникает цирроз печени. Плутоний также аккумулируется в скелете и в лимфатических узлах. Плутоний-239 подавляет систему кроветворения и иммунную систему. На территории республики плутоний-239 выпал только в Брагинском, Светлогорском и Рогачевском районах.
16
Рис. 8 Схема распада плутония-239
Тритий (Т1/2=70 лет) и углерод-14 равномерно разносятся по всем органам и тканям и являются источниками β- излучения.
При распаде изотопов плутония-241 образуется америций-241 .
Америций-241.
Америций-241 является продуктом распада плутония-241 (рис.9), альфа- и гамма-излучатель. На территорию РБ плутония-241 выпало незначительное количество ( меньше чем плутония-239). Однако наряду с цезием-137 и стронцием-90 он будет представлять значительную угрозу здоровья людей.
Этот элемент опасен тем, что в отличие от других радионуклидов, обладает очень жестким гамма-излучением. Оно более опасно, чем рентгеновское излучение.
Кроме того, опасность америция-241 состоит в том, что он хорошо растворяется в воде. Это означает, что он будет активно поступать в организм человека с водой, растительной пищей, с животными продуктами. Учитывая, что америций-241 имеет большой период полураспада (432 года), он будет представлять опасность тысячи лет.
Америций-241 обладает ещѐ одним важным свойством. Для его цепной реакции требуется небольшая критическая масса, которая исчисляется микрограммами (в то время как для урана или плутония – килограммами). Микровзрывы особенно опасны и для биологического мира.
Рис. 9 Схема распада плутония-241 и америция-241
По своему воздействию на организм человека он аналогичен плутонию239, но с более тяжелыми последствиями, связанными с микровзрывами.
Опасность америция-241 в том, что он поражает пищеварительную систему человек. 241Am накапливается в основном в костях. Изгнать оттуда
17
тяжелые α-частицы весьма трудно. Они вызывают у человека различные дефекты и опухоли. Вторая опасность америция в том, что в организм он попадает и ингаляционным путем и оседает в легких навсегда. Период полувыведения плутония-241 и америция-241 более 200 лет.
По данным Республиканского центра радиационного контроля и мониторинга окружающей среды Госкомгидромета, плутоний выпал преимущественно в близкой к ЧАЭС зоне. Имеются, правда, отдельные «пятна» плутония и на остальных территориях. Например, изотопы америция обнаружены в деревне Чудяны Чериковского района.
«Горячие частицы»
Наряду с аэрозолями отдельных радионуклидов в чернобыльском выбросе имелись и аэрозоли диспергированного ядерного топлива. Они были различной величины ( от 2 мкм до сотен микрометров), активности и радионуклидного состава. В настоящее время основное количество этих частиц ( до 70%) находится в верхнем односантиметровом слое почвы. Эти частицы представляют опасность для всего живого ввиду высокой концентрации в них радионуклидов с разными видами излучений.
При попадании таких частиц в организм человека последствия для здоровья могут быть крайне тяжелыми и зависеть от особенностей каждого типа радионуклида, содержащегося в «горячей» частицы.
Вопрос 5. Миграция радионуклидов. Прогнозирование радиоактивного загрязнения местности.
В результате аварии на ЧАЭС на территорию РБ было выброшено и значительное количество долгоживущих радионуклидов. После выброса газов, «горячих» частиц образовались и аэрозоли в результате процессов диспергирования, конденсации, десублимации, адсорбции радионуклидов. Размеры таких частиц составляют от 2 мкм до сотен мкм, но активность одной частицы не превышает 10-14 Ku. Правда, «горячие» частицы ( фрагменты ядерного топлива) имели и большие размеры и в них было по несколько радионуклидов. Активность частиц пропорциональна их размеру:
A1= кДn, |
( 1) |
где к – коэффициент пропорциональности, характерный для данного вида радионуклида. Когда активность сосредоточена на поверхности частицы, то n=2, а по всему объему - n=3. Наличие таких частиц и обусловило особенности миграции радионуклидов.
Для случая выброса радионуклидов на ЧАЭС спад радиоактивности подчиняется закону:
Аt=0.5Ao[1+erf(K1/2ln(t/T))], |
(2) |
|
где A0 и At |
- активность продуктов деления в момент аварии и по истечении |
|
времени t |
после аварии, Ku; Т – время, в течении которого начальная |
|
активность |
смеси радионуклидов |
уменьшится в 2 раза; K1/2 – параметр |
18
нормально-логарифмического закона распределения равный: K1/2=1/21/2δ; где δ – среднеквадратичное распределение.
Для реактора РБМК параметр K снижается с 0,1766 до 0,1485. Расчеты показывают, что радиоактивный спад продолжается много месяцев и даже лет.
Особенности радиоактивного загрязнения местности РБ во многом обусловлены не только видами радионуклидов, но и физико-химическими процессами, определяющими элементарные акты загрязнений.
Для прогнозирования последствий радиоактивного загрязнения местности очень важно знать особенности миграции радионуклидов может быть по воздуху, в почве и водоносных системах. Различают вертикальную и горизонтальную миграцию.
На миграцию радионуклидов влияют следующие факторы:
-химическая природа изотопов;
-условия выпадения радионуклидов и количество атмосферных осадков;
-режим существования почво-растительного комплекса;
-антропогенные воздействия на почву (ее влажность, интенсивность промывного режима);
-особенности минерального и органического состава почвы и др.
Вертикальная миграция радионуклидов в почве. Поверхностное
загрязнение почвы происходит в основном за счет адгезии и адсорбции. Адгезия (прилипание) радиоактивных частиц характерна для аэрозолей,
в меньшей степени – для «горячих» частиц.
Адсорбция может быть физическая и химическая. При физической адсорбции радионуклид сохраняет свою индивидуальность, а проникает в вещество за счет межмолекулярного взаимодействия. Химическая адсорбция возникает за счет химического взаимодействия и образования нового химического соединения.
Радионуклиды могут проникать в глубину почвы и за счет диффузии. При этом диффузия в различных грунтах разная.
Радионуклиды проникают в почву и в результате смыва дождевыми или талыми водами, через микропоры в почве.
По мере миграции радионуклидов в вертикальной плоскости происходит изменение и радиоактивности. Исследования показывают, что в РБ радионуклиды цезия и стронция сосредоточены в основном в слое 5-20 см. Процесс миграции радионуклидов в вертикальной плоскости медленный и в среднем каждые 20 лет количество радионуклидов будет уменьшаться в 2 раза для 20 см слоя.
Миграция радионуклидов в вертикальной плоскости зависит от вида почвы. Так, в подзолистых и песчаных грунтах вертикальная миграция меньше, чем в торфяно-болотных почвах (5-8 см и 20 см соответственно для цезия-137). Стронций-90, хотя и имеет более высокую миграционную подвижность, но в дерново-подзолистых и супесчаных почвах распределен так же, как и цезий-137, и только в торфяных почвах он проник глубже.
Существует опасность попадания стронция-90 в подземные воды, особенно после того, как радионуклиды вступили в различные
19
водорастворимые химические соединения. Замечено, что чем ближе к ЧАЭС, тем меньше миграция, так как здесь больше «горячих» частиц.
Горизонтальная миграция. Существует несколько причин горизонтальной миграции. Естественной причиной является распространение радионуклидов вместе с пылью за счет ветра. Частично радионуклиды смываются дождевыми и паводковыми водами. По этой причине наблюдается повышенное содержание радионуклидов в низинах. Однако наибольшая миграция радионуклидов происходит по вине человека. В частности, радионуклиды разносятся транспортом с загрязненных районов в «чистые», а также за счет использования комбикормов, заготовленных в загрязненных зонах. Миграция радионуклидов происходит и за счет лесных пожаров.
Прогноз распространения радионуклидов в основном связан с горизонтальной миграцией, деятельностью человека, состоянием погоды и способностью растений аккумулировать радионуклиды. Долгосрочный прогноз показывает, что самоочищение почв, особенно от цезия-137, вследствие вертикальной миграции, будет происходить крайне медленно. Однако заглубление плутония будет значительным по мере разрушения «горячих» частиц. Одновременно миграция по воздуху и за счет паводковых вод на отдельных участках территории достигает 5 км/год. Обычно в низинах содержание радионуклидов больше. Ввиду длительного пребывания цезия137 в пахотном слое на десятилетия остается опасность радиоактивного загрязнения продукции растениеводства за счет корневого и аэрального поступления. Удельная активность цезия-137 и стронция-90 в подземных водах пока не представляет особой опасности.
В перспективе возможно радиоактивное загрязнение вод вследствие миграции только в зонах с поверхностной активностью 40 Ku/км2 и более. В реках радионуклиды в основном сосредоточены в донных отложениях, несколько меньше – в гидробионтах и ещѐ меньше – в воде. В период паводков и разлива рек возрастает доля активности, связанная с твердыми взвесями. Радиоактивные вещества течением могут относится на значительные расстояния, и только часть из них накапливается в донных отложениях. Наличие растительности в озерах, ее способность аккумулировать радионуклиды вызывает накопление достаточно высокого уровня радиоактивности в донных отложениях.
Таким образом, за счет миграции радионуклидов уменьшается плотность, но увеличиваются площади радиоактивного загрязнения, одновременно идет медленный процесс спада радиоактивности за счет естественного распада радионуклидов. В стоячих водоемах идет процесс накопления радионуклидов в донных отложениях. Хорошо растворимые в воде стронций-90 и америций241 будут представлять все большую опасность для биологического мира.
20