2.12. Радиоактивные отходы и выбросы

Весьма опасным видом воздействия на биосферу является радио­активное излучение. Этот вид загрязнения окружающей среды появил­ся лишь в начале XX в., с момента открытия явления радиоактивности и попыток использования радиоактивных элементов в науке и технике. Известные типы радиоактивных превращений сопровождаются раз­личными излучениями. Это а-лучи, состоящие из ядер гелия, р-лучи, представляющие собой поток быстрых электронов, и у-лучи, облада­ющие высокой проникающей способностью. Из всех воздействий радиации наиболее важно действие нейтронов, образующихся при спонтанном распаде тяжелых радиоактивных элементов типа урана.

Осколки деления ядер урана, плутония и других радиоактивных элементов тоже оказывают сильное биологическое действие. Фактиче­ски это изотопы обычных химических элементов (цезия, бария, строн­ция, иода и др.), отличающиеся от их стабильных форм атомной массой. Однако эти изотопы нестабильны и, в свою очередь, являются источ­ником р- и у-лучей, переходя в процессе излучения в другие химические элементы с образованием так называемых дочерних продуктов. Неста­бильные элементы этих рядов поступают в различные биологические системы вместе со стабильными изотопами, присутствующими в ок­ружающей среде.

Поглощаясь веществом, все виды радиации приводят электронные оболочки его атомов в состояние возбуждения и ионизации. Биологи­ческое повреждение живых клеток происходит под действием элект­ронов. Однако уровень и характер этих повреждений зависят от типа первоначальной радиации: тяжелые а-частицы создают зону чрезвы­чайно высокой ионизации, легкие р-частицы — зону очень низкой плотности ионизации, вызывая совершенно разные биологические эффекты.

Вредное действие ядерных излучений на живые организмы было констатировано вскоре после открытия радиоактивного распада эле­ментов. Возможность радиоактивного обучения людей и природной среды неизмеримо возросло в последние десятилетия, когда область применения радиоактивных изотопов постоянно расширяется и чело­вечество стремится удовлетворить потребности энергетики путем ис­пользования деления урана взамен ископаемого топлива. Развитие атомной промышленности и ядерной энергетики неизбежно ведет к локальному возрастанию уровня радиации и проникновению радиоак­тивных изотопов в окружающую среду. Действие радиации зависит от характера излучения и уровня радиоактивности.

Радиоактивность в СИ выражают в беккерелях (Бк): 1 Бк соответ­ствует одному акту распада радиоактивного элемента за 1 с. Ранее широко использовалась внесистемная единица — кюри (Ku): I Ku равен активности препарата, в котором происходит 3,7 • 10'° актов распада в 1 с.

Доза излучения, или поглощенная доза,— энергия любого вида излу­чения, поглощенная в 1 кг вещества. Для ее определения используют несколько единиц:

грей (Гр); один грей соответствует такой дозе излучения, при которой в 1 кг массы любого вещества выделяется энергия, равная 1 Дж, независимо от вида и энергии ионизирующего излучения;

рад (внесистемная единица, часто используемая на практике);

1 Гр = 100 рад, 1 рад = Ю-² Дж/кг.

Радиочувствительность живых организмов весьма различна. Смер­тельная доза для бактерий составляет около 10⁴ Гр, для насекомых — 10³, для млекопитающих — 10 Гр. Максимальная доза излучения, не причиняющая вреда организму человека при многократном действии, равна 0,003 Гр в неделю, а при единовременном действии — 0,025 Гр.

Одной из важнейших характеристик радионуклидов является период полураспада — время, необходимое для распада 50 % присутствующих радиоактивных атомов. Так называемые короткоживущие изотопы, имеющие очень короткий период полураспада, в биологическом отно­шении менее опасны, так как не способны аккумулироваться в био­сфере. Напротив, радионуклиды, имеющие большой период полураспада, могут накапливаться в тканях живых организмов или в виде радиоактивных осадков и аэрозолей загрязнять природную среду. Характеристики некоторых радионуклидов приведены в табл. 37.

Таблица 37. Период полураспада в характер излучения некоторых радиоактивных элементов

Элементы	Период полураспада	Характер излучения
Калий-42	12,5ч	P.Y
Иод-131	8 дней	P,Y
Цинк-65	245 дней	P,Y
Кобальт-60	5,27 года	P,Y
Цезий-137'	30,17 года	P.Y
Стронций-90	28,1 года	Р
Плутоний-239	2,4 •104 лет	a,P,Y

В природных почвах всегда присутствуют различные радионуклиды естественного или техногенного происхождения. Так, например, было показано, что содержание урана в лесных почвах ФРГ составляет 0,5—0,9 мкг/г, в садовых 0,8—1,6, в злаках 0,6—1,3 мкг/кг, в овощах 0,6—2,5, в фруктах 0,06—1,9, в хвое и листьях деревьев 6—3 мкг/кг сухой массы (для злаков, овощей, фруктов данные приведены в пере­счете на сырую массу). Активность урана-234 всегда выше, чем урана-238, в биологических объектах, но ниже в пробах почв.

Из долгоживущих изотопов в верхних горизонтах почвенного про­филя концентрируются стронций-90 и цезий-137. С выбросами пред­приятий атомной промышленности они поступают в атмосферу, а затем в составе выпадающих аэрозолей или осадков сорбируются почвенным покровом.

Сорбция урана и цезия образцами базальта и смектитов удовлет­ворительно описывается уравнением Дубинина — Радушкевича:

где Х— количество сорбированного урана; X» — максимальная сорб­ция; В— константа (оценивающая энергию связи); е = 7?71n(l + 1/0, где R — универсальная газовая постоянная; Т—температура, К; С— равновесная концентрация урана в растворе.

Цезий бывает представлен в природных водах простым однозаряд­ным ионом, уран — предположительно в виде иО^СОз)' и UO^CO,^.

Данные о выбросах цезия-137 при нормальной работе ряда АЭС представлены в табл. 38.

Реальные выбросы почти во всех случаях значительно ниже допу­стимых. Однако необходимо учитывать, что даже при низких концен­трациях радиоактивных продуктов в выбросах предприятий атомной энергетики их накопление в результате систематических выпадений может привести к негативным последствиям. Накопление радионук­лидов на поверхности почвы происходит до тех пор, пока не наступит равновесное состояние, т. е. скорость распада радиоактивных продук-

тов станет равной скорости их выпадения. Для цезия-137 и стронция-90 такое равновесие наступает приблизительно через 100 лет постоянного загрязнения почвенного покрова, считая от начала выпадений.

Таблица 38. Выбросы пезия-137 или смеси долгоживущих радионуклидов, работающих АЭС (по А.Н. Силантьеву • И.Г. Шкуратовов)

АЭС	Нуклид	Год	Выброс, ГБк/год	Допусти­мая норма выброса, ГБк/год
Нововоронежская	Цезий-137	1975	0,74	9,7
		1977	1,5	9,7
		1978	2,0	9,7
		1979	1,7	9,7
Кольская	Смесь долгоживущих нук-	1977	5,9	200
	лидов
		1978	4,6	200
		1979	0,26	200
Армянская	Цезий-137	1978	0,001	6,7
		1979	0,07	6,7
Ленинградская	Смесь долгоживущих нук-	1977	47	400
	лидов
		1978	24	400
		1979	6,3	400
Чернобыльская	Тоже	1977	0,67	400
		1978	11	400
		1979	81	400
Курская	»	1978	810	400
		1979	27	400

Контрольные вопросы

1. Назовите соединения серы, азота, фосфора, масштабы их выбросов.

2. Расскажите о содержании и распределении галогенов в биосфере, их миграции и накоплении.

3. Опишите группу фреонов и их роль в биосфере.

4. Каково значение озона в биосфере? •

5. Что такое «парниковый эффект»?

6. Какова роль соединений углерода?

7. Дайте определение тяжелым металлам. Какова их роль в биосфере?

8. Чем опасны ароматические соединения, нефтепродукты и детергенты для био­сферы?

9. Опишите особенности воздействия на биосферу радиоактивных веществ.

10. Охарактеризуйте пестициды и законы их трансформации в биосфере.

11. Опишите циклы хрома и ртути.