Документ Microsoft Word. 1. Физические основы радиоактивности Радиоактивность и сопутствующие ей ионизирующие излучения существовали задолго до зарождения жизни на Земле

• Название: 1. Физические основы радиоактивности Радиоактивность и сопутствующие ей ионизирующие излучения существовали задолго до зарождения жизни на Земле
• Дата: 27.02.2023
• Размер: 330.84 Kb.
• Имя файла: Документ Microsoft Word.docx
• Тип: Документы; #958654
• страница: 6 из 11

Радиоактивное загрязнение биосферы – это превышение естественного уровня содержания в окружающей природной среде радиоактивных веществ. Оно может быть вызвано как естественными, так и антропогенными факторами. Основными источниками радиационного загрязнения биосферы являются следующие.

1. Добыча и переработка радиоактивного минерального сырья

Из всего уранопроизводящего комплекса добыча и переработка урановых руд дает самый большой объем радиоактивных отходов, которые по физическому состоянию могут быть твердые и жидкие. Специфическая особенность уранового и ториевого производства – наличие во всех видах отходов радионуклидов с большим периодом полураспада.

Обычно промышленное содержание урана в рудах находится в интервале 0.02-0.03%. Руды с меньшей концентрацией этого радиоактивного элемента считаются забалансовыми. «Пустые» породы содержат тысячные доли процента урана. Отвалы пустых пород занимают на рудниках и карьерах многие тысячи квадратных метров и являются источниками локального загрязнения местности. В результате ветровой эрозии происходит сдувание пыли с поверхности отвалов и перенос этого материала на значительные расстояния. Отвалы забалансовых руд и пустой породы подвергаются постоянному воздействию атмосферных осадков, которые выщелачивают радионуклиды и загрязняют ими грунтовые воды, что, в конечном счете, приводит к сверхнормативному загрязнению радиоактивными веществами донных отложений. На современных рудниках на 1 т  добытой руды приходится до 2 т пустой породы. Поэтому твердые отходы урановых рудников (отвалы пустой породы и забалансовых руд) являются основным источником загрязнения атмосферного воздуха вблизи предприятий.

Дополнительный источник загрязнения окружающей среды – жидкие отходы, к которым относятся шахтные воды, насыщенные радионуклидами.

Другим звеном уранового производства являются обогатительные предприятия и заводы по переработке радиоактивных руд, где главный вид отходов – хвосты переработки рудной массы, насыщенные радиоактивными жидкостями. Весь этот материал удаляется в намывные хвостохранилища, которые являются неотъемлемой частью гидрометаллургического производства урана и тория и главным источником местного загрязнения окружающей среды радионуклидами. Вокруг хвостохранилища со временем образуется постоянно функционирующие ореолы распространения радионуклидов - как наземный, так и подземный.

2. Добыча и переработка углеводородного сырья

Осадочные толщи, вмещающие нефть и газ, отличаются значительными концентрациями урана, радия, тория и радона. В связи с этим добыча и транспортировка углеводородного сырья сопровождается выносом на земную поверхность значительного количества природных радионуклидов. Опасная концентрация природных радионуклидов происходит в производственных отходах на стадии добычи и первичной переработки углеводородного минерального сырья, особенно в том случае, когда нефтепромыслы функционируют длительное время. В течение нескольких лет эксплуатации оборудования на его поверхности концентрируются вещества, содержащие естественные радионуклиды семейств урана и тория. Наибольшее количество радионуклидов скапливается в нефтешламе, который образуется на разных технологических ступенях добычи и первичной  переработки нефти. На нефтедобывающих предприятиях нефтешлам временно хранится в накопителях, а в дальнейшем может быть использован для получения полезных продуктов: парафина, битума, редких и радиоактивных элементов.

3. Ядерная энергетика

В нормальных условиях эксплуатации атомных электростанций (АЭС) радиационное заражение и влияние ионизирующего излучения сведены к минимуму и не превышают допустимый природный фон. Катастрофическое воздействие АЭС на окружающую среду и людей может возникнуть при авариях и утечках.

4. Тепловые электростанции

В радиационном отношении гораздо более опасны тепловые электростанции (ТЭС), поскольку сжигаемые на них уголь, торф и газ содержат природные радионуклиды семейств урана и тория. Средние индивидуальные дозы облучения в районе расположения тепловых электростанций мощностью 1 ГВт/год составляют от 6 до 60 мкЗв/год, а от выбросов АЭС – от 0.004 до 0.13 мкЗв/год. Таким образом, АЭС при нормальной их эксплуатации являются экологически более чистыми, чем тепловые электростанции.

Наибольшую опасность представляют ТЭС, работающие на угле. Уголь, подобно нефти и газу, представляет собой органическое вещество, подвергшееся медленному разложению под действием биологических и геологических процессов. Основа образования угля – растительные остатки, произраставшие миллионы лет назад. Вместе с тем уголь всегда содержит природные радиоактивные вещества уранового и актиноуранового рядов, ториевого ряда, а также долгоживущий радиоактивный изотоп ⁴⁰K. Во время сжигания угля большая часть урана, тория и продуктов их распада выделяются из исходной матрицы угля и распределяются между газовой и твердой фракциями. Практически 100% присутствующего радона переходит в газовую фазу и выходит с дымовыми газами.

Кроме дымовых газов, к основным источникам поступления радионуклидов в окружающую среду при сжигании угля на электростанции относят вынос частиц угля с открытых площадок углехранилищ и золоотвалов.

В продуктах сгорания происходит концентрирование микроэлементов, в том числе и радионуклидов. Степень концентрирования зависит от многих факторов, в число которых входит первоначальная концентрация радионуклидов в угле, зольность, способ сжигания и условия работы электростанции. Коэффициенты обогащения могут существенно различаться. Особенно интенсивно за счет термохимических процессов накапливается в золе изотоп ²¹⁰Pb, так что его концентрация увеличивается в 5-10 раз. Известно, что свинец и его соединения токсичны. В частности, попадая в организм, свинец накапливается в костях, вызывая их разрушение.

Летучая зола, выбрасываемая в воздух, представляет большую опасность из-за своей способности распространяться на значительные расстояния и проникать в легкие человека. Тонкие фракции летучей золы обогащены различными вредными веществами. Помимо радионуклидов, они содержат тяжелые металлы и микроэлементы Co, V, Cu, Zn, Cr, Ni, Cd, As, Be.

Рассеивание загрязнений с дымовыми газами происходит на большие площади, поскольку выбросы ТЭС в атмосферу осуществляются на высоте 100-300м. В качестве иллюстрации можно привести следующий факт. В большинстве случаев зона влияния промышленных предприятий не превышает 1.5 км, а нарушение или даже полная деградация растительного покрова вблизи ТЭС, особенно работающих на низкокачественных углях, наблюдается в радиусе 4-15 км.

5. Полигоны для испытания ядерного оружия

Общая мощность ядерных взрывов, произведённых в ходе атмосферных испытаний, составила 545 Мт. Считается, что до 90% от общего числа искусственных радионуклидов поступило в окружающую среду в результате атмосферных ядерных взрывов. Выпадения радионуклидов происходили неоднородно по поверхности планеты. Так, около 76% глобальных выпадений стронция-90 пришлось на северное полушарие, где было проведено 90% от общего числа испытаний. Максимум глобальных выпадений пришёлся на 40⁰-50⁰ с.ш.

Испытания ядерного оружия достигли наибольшей интенсивности в начале 1960-х годов (рис. 1). В 1961-1962 гг. на Новой Земле было проведено 56 атмосферных взрывов суммарной мощностью около 300 Мт тротила, в том числе термоядерный взрыв мощностью более 50 Мт. Загрязнение окружающей среды стало принимать угрожающие масштабы, и в 1963 г. СССР, США и Великобритания подписали в Москве договор о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, в космосе и под водой. После подписания Московского договора СССР, США и Великобритания проводили исключительно подземные ядерные взрывы, тогда как Китай и Франция, не присоединившись к соглашению, впоследствии провели ряд атмосферных испытаний.



Рис. 1. Данные по ядерным испытаниям в атмосфере: а) число испытаний в атмосфере; б) суммарная мощность ядерных взрывов за год в Мт

6. Ядерные взрывы в мирных целях

Ядерные взрывы производились не только на всем известных полигонах. В рамках программы «Ядерные взрывы для народного хозяйства» в СССР с 1965 по 1988 годы было проведено 124 промышленных ядерных взрыва (рис. 2) с подрывом 135 зарядов. Из них 130 зарядов взорваны в скважинах, 4 – в штольнях и один заряд – в шахте. 



Рис. 2. Местоположение подземных ядерных взрывов, проводившихся в СССР в мирных целях

7. Загрязнение морей атомными кораблями

Одной из трудно решаемых проблем атомного флота являются жидкие радиоактивные отходы – отработанная вода, используемая для охлаждения реакторов. Ее просто сливают в моря Северного Ледовитого океана, а также в Охотское и Японское моря. Опасными в радиационном отношении являются все базы подводных лодок, места переоборудования и ликвидации боевых ракет атомных подводных лодок (АПЛ). Срок эксплуатации подводных лодок составляет 20-30 лет, после чего они должны быть утилизированы, а ядерные реакторы и детали с наведенной радиоактивностью захоронены по действующим правилам и инструкциям, что нередко не соблюдается по причине недостатка денежных средств или по халатности. В результате во всех морях Северного Ледовитого океана имеются затопленные реакторы подводных лодок даже с невыгруженным ядерным топливом.

Корабли атомного флота по разным причинам терпят аварии и погружаются на дно океана вместе с реакторами и ядерными зарядами. В настоящее время на дне Атлантического океана покоятся пять погибших АПЛ (две американских и три отечественных), которые являются потенциальными источниками техногенных радионуклидов. Так, 7 апреля 1989 г. в 400 км севернее побережья Норвегии в результате аварии затонула подводная лодка «Комсомолец», в результате чего на дне Норвежского моря, помимо ядерных боеголовок, лежит реактор с обогащенным ²³⁵U весом 116 кг. Подъем лодки невозможен, поэтому были организованы наблюдения за радиационной обстановкой у побережья Норвегии. Как показали наблюдения за АПЛ «Комсомолец», проведенные в 1989-1998 годах, поступление радионуклидов за пределы корпуса лодки происходит крайне медленно, кроме того, многие радионуклиды прочно сорбируются донными осадками. Во время последней экспедиции в 1998 году было обнаружено, что записывающие станции отсутствуют. Вероятно, приборы были сняты или срезаны с помощью других подводных аппаратов.

8. Радиоактивные отходы

После запрещения испытаний ядерного оружия в трех сферах (в атмосфере, космическом пространстве и под водой, 1963) проблема уничтожения радиоактивных отходов (РАО), образующихся в процессе использования атомной энергии в мирных целях, занимает одно из первых мест среди всех проблем радиационной безопасности. Отходы  относятся к радиоактивным в случае, если сумма отношений удельных (для твердых и жидких отходов) или объемных (для газообразных отходов) активностей радионуклидов в отходах к их предельным значениям превышает 1. Предельные значения удельной и объемной активности радионуклидов в отходах приведены в Приложении к Критериям отнесения твердых, жидких и газообразных отходов к радиоактивным отходам (утв. постановлением Правительства РФ от 19 октября 2012 г. № 1069 "О критериях отнесения твердых, жидких и газообразных отходов к радиоактивным отходам, критериях отнесения радиоактивных отходов к особым радиоактивным отходам и к удаляемым радиоактивным отходам и критериях классификации удаляемых радиоактивных отходов").

Обращение с радиоактивными отходами регламентируется Федеральным законом от 11 июля 2011 года № 190-ФЗ «Об обращении с радиоактивными отходами и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации». В целях настоящего закона радиоактивные отходы подразделяются на:

1) удаляемые радиоактивные отходы - радиоактивные отходы, для которых риски, связанные с радиационным воздействием, а также затраты, связанные с извлечением таких отходов из пункта хранения и последующим обращением с ними не превышают риски и затраты, связанные с захоронением таких отходов в месте их нахождения.

2) особые радиоактивные отходы - радиоактивные отходы, для которых риски, связанные с радиационным воздействием, а также затраты, связанные с извлечением таких отходов из пункта хранения и последующим обращением с ними превышают риски и затраты, связанные с захоронением таких отходов в месте их нахождения.

К особым радиоактивным отходам относятся радиоактивные отходы, образовавшиеся в результате выполнения государственной программы вооружения и государственного оборонного заказа, использования ядерных зарядов в мирных целях или вследствие радиационной аварии на объекте использования атомной энергии, жидкие радиоактивные отходы, размещенные в поверхностных водоемах- хранилищах радиоактивных отходов общим объемом более 25000м³, а также донные отложения таких водоемов-хранилищ, соответствующие Критериям отнесения радиоактивных отходов к особым радиоактивным отходам.

Удаляемые радиоактивные отходы для целей их захоронения классифицируются по следующим признакам:

1) в зависимости от периода полураспада содержащихся в радиоактивных отходах радионуклидов - долгоживущие и короткоживущие радиоактивные отходы;

2) в зависимости от агрегатного состояния - жидкие, твердые, газообразные радиоактивные отходы. К твердым радиоактивным отходам относятся отработавшие свой ресурс радионуклидные источники; не предназначенные для дальнейшего использования материалы, изделия, оборудование, биологические объекты, грунт. Жидкие радиоактивные отходы - не подлежащие дальнейшему использованию органические и неорганические жидкости, пульпы, шламы. К газообразным радиоактивным отходам относятся не подлежащие использованию газообразные смеси, содержащие радиоактивные газы или аэрозоли, образующиеся при производственных процессах.

3) в зависимости от удельной активности РАО подразделяются на 4 категории - высокоактивные, среднеактивные, низкоактивные, очень низкоактивные. Одним из критериев такой классификации является тепловыделение. У низкоактивных РАО тепловыделение чрезвычайно мало. У среднеактивных оно существенно, но активный отвод тепла не требуется. У высокоактивных РАО тепловыделение настолько велико, что они требуют активного охлаждения. Так, твердые РАО, содержащие природные радионуклиды, относятся к очень низкоактивным радиоактивным отходам. Жидкие радиоактивные отходы, содержащие природные радионуклиды, относятся к низкоактивным радиоактивным отходам.

4) в зависимости от содержания ядерных материалов - радиоактивные отходы, содержащие ядерные материалы и радиоактивные отходы, не содержащие ядерных материалов;

5) отработавшие закрытые источники ионизирующего излучения;

6) отходы, образовавшиеся при добыче и переработке урановых руд.

Удаляемые радиоактивные отходы с учетом технологических особенностей обращения с ними делятся на 6 классов.

К 1 классу относятся высокоактивные твердые  радиоактивные отходы, подлежащие захоронению в пунктах глубинного захоронения радиоактивных отходов с предварительной выдержкой в целях снижения их тепловыделения.

Ко 2 классу относятся высоко- и среднеактивные твердые радиоактивные отходы, в том числе отработавшие закрытые источники ионизирующего излучения первой и второй категорий опасности, подлежащие захоронению в пунктах глубинного захоронения радиоактивных отходов без предварительной выдержки.

К 3 классу относятся средне- и низкоактивные твердые радиоактивные отходы, в том числе отработавшие закрытые источники ионизирующего излучения третьей категории опасности, подлежащие захоронению в пунктах приповерхностного захоронения радиоактивных отходов, размещаемых на глубине до 100 м.

К 4 классу относятся низко- и очень низкоактивные твердые радиоактивные отходы, в том числе отработавшие закрытые источники ионизирующего излучения четвертой и пятой категорий опасности, подлежащие захоронению в пунктах приповерхностного захоронения радиоактивных отходов, размещаемых на одном уровне с поверхностью земли.

К 5 классу относятся средне- и низкоактивные жидкие радиоактивные отходы, подлежащие захоронению в пунктах глубинного захоронения радиоактивных отходов.

К 6 классу относятся радиоактивные отходы, образующиеся при добыче и переработке урановых руд, а также при осуществлении не связанных с использованием атомной энергии видов деятельности по добыче и переработке минерального и органического сырья с повышенным содержанием природных радионуклидов.

Радиоактивные отходы образуются:

- в процессе добычи и переработки радиоактивного минерального сырья;

- при работе атомных электростанций;

- в процессе эксплуатации и утилизации кораблей с ядерными установками;

- при переработке отработавшего ядерного топлива;

- при проведении научных работ с использованием ядерных реакторов;

- при использовании радиоизотопов в промышленности и медицине;

- при подземных ядерных взрывах.

Система обращения с РАО в местах их образования определяется проектом для каждой организации и включает их сбор, сортировку, обработку (сжигание, концентрирование), кондиционирование, транспортирование, хранение и захоронение (рис. 3). Кондиционирование - операции, в процессе которых радиоактивным отходам придают форму, приемлемую для перемещения, перевозки, хранения и захоронения (отверждение, прессование, упаковка).



Рис. 3. Общая схема обращения с радиоактивными отходами

Для сбора радиоактивных отходов в организации должны быть специальные сборники. Места расположения сборников должны обеспечиваться защитными приспособлениями для снижения излучения за их пределами до допустимого уровня.
Передача РАО из организации на переработку или захоронение должна производиться в специальных контейнерах. Переработку, долговременное хранение и захоронение РАО, как правило, производят специализированные организации.

Хранилища радиоактивных отходов размещаются глубоко под землей, не менее 300 м, за ними устанавливается постоянное наблюдение, так как радионуклиды выделяют большое количество тепла. Подземные хранилища РАО должны быть долговременными, рассчитанными на сотни и тысячи лет. Для облегчения захоронения жидкие высокоактивные РАО превращают в твердые инертные вещества. В настоящее время основными методами переработки жидких РАО являются цементирование и остекловывание с последующим заключением в стальные контейнеры, которые хранятся под землей на глубине нескольких сотен метров.

Отработанное топливо АЭС перевозится на радиохимические комбинаты со специальными подземными хранилищами. Затем оно регенерируется и отправляется на АЭС для повторного использования в качестве ядерного горючего.

Удаление радиоактивных отходов в морскую среду с целью захоронения в течение многих лет осуществлялось странами, имеющими ядерную энергетику. Значительное количество упакованных радиоактивных отходов было сброшено более чем на 50 станциях захоронения в северных частях Атлантического и Тихого океанов. Первая операция по захоронению отходов в твердом виде имела место в 1946 г. на станции в северо-восточной части Тихого океана, в 80 км от побережья Калифорнии. Последняя известная операция по сбросу упакованных твердых отходов западными странами была в 1982 г., на станции в 550 км от побережья Европы в Северо-Восточной Атлантике.

Захоронение радиоактивных отходов в море производилось бывшим СССР в течение длительного времени (с 60-х годов прошлого века). В моря СССР непосредственно сливались жидкие радиоактивные отходы низкого уровня, сбрасывались твердые радиоактивные отходы (как упакованные, так и без упаковки, в виде отдельных конструкций и узлов оборудования). На морское дно, после предварительной подготовки, сбрасывались и аварийные ядерные реакторы, как с отработавшим ядерным топливом, так и без него (а также целые реакторные отсеки атомных подводных лодок, и даже атомная подводная лодка целиком).

Вплоть до 1972 г. не имелось международных соглашений, регламентирующих сброс радиоактивных отходов в море, и удаление отходов производилось разными странами в соответствии с решениями национальных законодательных органов. Ситуация в 1972 г. изменилась в связи с разработкой Международной конференцией в Лондоне "Конвенции по предотвращению загрязнения моря сбросами отходов и других материалов" (Лондонская конвенция по дампингу - ЛКД). В соответствии с ЛКД, МАГАТЭ разработало перечень высокоактивных материалов, недопустимых для сброса в море, и рекомендации для выдачи специальных разрешений на захоронение в море радиоактивных веществ, а также рекомендуемую основу для оперативного контроля за сбросами радиоактивных отходов. В 1976 г. к Конвенции присоединился Советский Союз. Несмотря на присоединение СССР к Лондонской конвенции, сбросы радиоактивных отходов в акваториях Баренцева и Карского морей, на Дальнем Востоке – Японского моря продолжались без уведомления международных органов. При этом ни один из районов сброса не удовлетворял условиям Конвенции. В настоящее время Россия прекратила сброс РАО в моря, в результате чего на Северном и Тихоокеанском флотах накопилось огромное количество таких отходов, что ставит под вопрос дальнейшую безопасную эксплуатацию атомного подводного флота.