Радиобиология. Лекция Предмет радиобиологии. История возникновения и развития науки 9
 Скачать 1.3 Mb.
|
|
Авария реактора на Чернобыльской АЭС. Эта авария произошла на четвертом энергоблоке Чернобыльской АЭС 26 апреля 1986 г. В результате взрыва было частично разрушена активная зоны реактора, что сопровождалось продолжительным горением графитовых стержней и выбросом в атмосферу огромного количества радиоактивных продуктов деления. Катострофические последствия этой аварии обуславливаются тем, что поступление в атмосферу газообразных, летучих и аэрозольных продуктов продолжалось на протяжении нескольких недель. Ниже приводится цитата из доклада советской делегации на совещании экспертов в МАГАТЭ в августе 1986 г, характеризующее формирование радиоактивного загрязнения после взрыва. «В момент аварии образовалось облако, сформировавшее затем радиоактивный след на местности в западном и северном направлениях, в соответствии с метеорологическими условиями переноса воздушных масс. В дальнейшем из зоны аварии в течение длительного времени продолжала истекать струя газообразных, летучих и аэрозольных продуктов. Наиболее мощная струя наблюдалась в течение первых 2—3 сут после аварии в северном направлении, где уровни радиации 27 апреля достигали 1000 мР/ч, а 28 апреля - 500 мР/ч на удалении 5—10 км от места аварии (на высоте 200 м). Высота струи 27 апреля, по данным, полученным с помощью авиации, превышала 1200 м в северо-западном направлении на удалении 30 км от места аварии. В последующие дни высота струи не превышала 200—400 м». Неблагоприятные погодные условия и большая высота подъема радиоактивных выбросов были причиной интенсивного загрязнения ряда районов Украины, Белорусии и России (рис. 3). Сильный северо-западный ветер в первой половине дня аварии, обусловил выпадение радиоактивных осадков на территории Финляндии и Центральной Швеции (27—28 апреля 1986 г.). Во второй половине дня 26 апреля ветер сменил направление и подул на запад и юго-запад, что привело к выпадению радионуклидов в некоторых районах Польши, ФРГ, Швейцарии, Италии и других стран. По расчетам на 5 мая 1986 г, в ближней и дальней зонах радиоактивного следа, суммарная активность выпавших осадков составляла 31∙ 106 Ки. Эта величина составляет около 3,5 % активности продуктов деления, находившихся в реакторе к моменту аварии. 0 Рис. 3. Распределение у-ио-ля га территории СССР по пзо-уровию мощности дозы 0,05 мР/ч на 10 июня 1986 г. (Израэль и др., 1987) На ближнем участке следа (до 40 км от места аварии) на 10 мая 1986 г., активность выпавших радионуклидов составляла 11 ∙106 Ки. Большая часть выброшенных радионуклидов были представлены короткоживущими радиоактивными продуктами деления. Из общего количества радионуклидов, выпавших на ближнем участке следа, доля 132Te (T1/2 =77,7 ч) составила 22,7%, 131I (T1/2 = 8,05 дня) - 11,8%, 141Се (T1/2 = 31,7 дня) - 15,4 %, 95Zr (T1/2 -65 дней)- 16,3 %, 103Ru (T1/2 = 39,8 дня) - 13,6 %. Активность долгоживущих и особо опасных в радиологическом плане радионуклидов была значительно меньше, всего 0,8 % суммарной активности выброса (137С - 280 000 Ки , 90Sr- 85000 Ки ). Как видно, в первые сутки после аварии, плотность выпавших радионуклидов и, соответственно, уровень радиации на территории вблизи аварии, были очень высоки. мощность экспозиционной дозы достигал до 10-15 мР/ч). Поэтому была осуществлена эвакуация населения и сельскохозяйственных животных из 30-километровой аварийнойц зоны, прилегающей к Чернобыльской АЭС. Как показывают приведенные примеры, промышленные реакторы и реакторы атомных электростанций являются дополнительным источником загрязнения биосферы искусственными радионуклидами. Загрязнение территории может быть особенно значительным в районах, непосредственно прилегающих к АЭС или промышленным реакторам. Катастрофическое загрязнение окружающей среды продуктами ядерного деления будет иметь место в том случае, если ядерный реактор окажется целью атомного удара. По расчетам некоторых ученых, при попадании термоядерной бомбы в атомный реактор будет выброшено такое количество радионуклидов, что приведет к гибели всех живых существ на территории площадью 1200 км2. Кроме того, в течение нескольких месяцев после этого события. на территории площадью 150 тыс. км2 проживание людей окажется невозможным из-за высокого уровня радиации. В течение 100 лет будет непригодной для поселения людей территория размером 500 км2. Таким образом, все живые существа на Земле подвергаются непрерывному воздействию ионизирующих излучений из-за наличия природного радиационного фона. Уровень естественной радиации на нашей планете варьирует в широких пределах и в некоторых районах в десятки и сотни раз превышает средние значения. Дополнительное облучение от радионуклидов, выпавших после испытаний ядерного оружия, не превышает 10 % природного радиационного фона. Загрязнение внешней среды радионуклидами при работе ядерных реакторов в нормальном режиме невелико, но становится весьма значительным при авариях. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОСАЖДЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ АЭРОЗОЛЕЙ НА РАСТИТЕЛЬНЫЙ ПОКРОВ И ПОЧВУ РАДИОАКТИВНЫЕ АЭРОЗОЛИ В СТРАТОСФЕРЕ И ТРОПОСФЕРЕ Радиоактивные аэрозоли в атмосфере. Основным источником загрязнения объектов внешней среды являются радиоактивные аэрозоли, вносимые в атмосферу в результате ядерных взрывов, а также аварий и разрушений атомных электростанций и предприятий ядерно-топливного цикла. Радиоактивные аэрозоли, инжектированные в атмосферу, постепенно осаждаются и загрязняют поверхность Земли. В растительные организмы радионуклиды могут поступать воздушным путем (через устьица в процессе газообмена) и через почву при поглощении корнями воды и минеральных веществ. В животные организмы радиоактивные соединения попадают через дыхательные пути, через кожный покров и вместе с пищей и водой (подробно см. лек. ) В зависимости от источника и условий формирования радиоактивных осадков, характер выпадений и их физико-химические свойства сильно различаются, что сказывается на степени загрязнений и размерах загрязняемой территории. Радиоактивные вещества могут выпасть в течение первых суток вблизи места взрыва, образуя так называемые локальные выпадения, или, поступив в верхние слои атмосферы, задержаться в стратосферных и тропосферных резервуарах. В результате наземных ядерных взрывов мощностью менее 1 мегатонны доля локальных выпадений составляет 80 %, а от воздушных взрывов такой же мощности все 100 % представлены тропосферными выпадениями. При мощности более 1 мегатонны значительная часть радиоактивных аэрозолей попадает в стратосферный резервуар (от воздушного взрыва до 99 % и от наземного - около 20 %). Радиоактивные выпадения от наземных ядерных взрывов представляют собой оплавленные частицы грунта, на котором произведен взрыв. При проведении взрывов на почвах, сформированных на подстилающих силикатных породах, образуются крупнодисперсные остеклованные частицы, практически нерастворимые. При проведении взрывов на почвах, образовавшихся на карбонатных почвообразующих породах, формируются хорошо радиоактивные растворимые частицы, независимо от их дисперсности. Фракционирование радионуклидов. В период формирования аэрозольных частиц в стратосфере и тропосфере происходит так называемое фракционирование радионуклидов, т. е. избирательный захват изотопов формирующимися частицами. Фракционирование радионуклидов определяется мощностью ядерного взрыва и местом его проведения. Изотопы тугоплавких элементов, такие как 95Zr, 144Се, 185W, 181W, 51V, в результате конденсации и коагуляции включаются в состав крупных твердых частиц. Радиоактивные изотопы стронция и цезия не принимают участия в процессе конденсации, они адсорбируются на поверхности мелких твердых частиц и в парах влаги, образуя, таким образом, мелкодисперсные аэрозоли. Фракционирование радионуклидов в радиоактивных выпадениях приводит к неравномерному очищению атмосферы от продуктов деления. Крупные частицы выпадают быстрее, мелкие - медленнее. Период полувыведения из стратосферы крупнодисперсных частиц, содержащих сравнительно короткоживущие радионуклиды (95Zr, 144Се, 185W, 181W, 51V), примерно в 2 раза короче периода полувыведения долгоживущих радионуклидов 90Sr и 137Cs. Время нахождения нуклидов в стратосфере определяется, в первую очередь, эффективностью их фракционирования в процессе формирования аэрозольных частиц. Стратосферный и тропосферный резервуары радионуклидов обуславливают повсеместное (глобальное) выпадений радиоактивных веществ. Тропосферный резервуар сравнительно быстро очищается, период полуочищения его колеблется в пределах 2-3 недель. Пребывание в тропосфере долгоживущих радионуклидов, в болшинстве случаев, не превышает 30 суток. Стратосферный резервуар очищается гораздо медленнее. Среднее время пребывания радиоактивных веществ в стратосфере зависит от высоты и мощности взрыва, географической широты места проведения взрыва, времени года и метеорологических условий. При проведении взрывов в полярных широтах Северного полушария, среднее время пребывания в нижних слоях атмосферы обычно составляет примерно 6 мес, а при проведении ядерных взрывов в средних широтах оно увеличивается до 2-3 лет. Рис. 4 Глобальное выпадение 90Sr и количество осадков (1953--1959 гг.): /—в умеренной зоне; 2— в тропической зоне После наземного ядерного взрыва, радиоактивные частицы крупных размеров (0,01 - 1мм), находящиеся в нижних слоях атмосферы, осаждаются на поверхность Земли в течение нескольких часов. Вблизи центра взрыва выпадают крупные частицы, затем - более мелкие, в конце пути радиоактивного облака – пылевидные частицы. Радиоактивные аэрозоли оседают на поверхности Земли под действием атмосферных явлений (осадки, гравитационные силы, вертикальное, движение воздушных масс, турбулентная диффузия и др.). Радиоактивные выпадения стратосферного происхождения, попадая в тропосферу, в дальнейшем оседают на поверхности земли в основном в результате вымывания атмосферными осадками. Атмосферные осадки играют основную роль в очистке тропосферы (рис. 4.) Отложение радионуклидов на Землю может происходить в процессе «мокрого» и «сухого» способов их выпадения. Первый процесс состоит в выпадении радионуклидов с дождем, снегом на поверхность земли. Процесс вымывания с атмосферными осадками обусловлен не только захватом радиоактивных частиц падающими каплями, но прежде всего тем, что сами частицы, попавшие в зону облаков, становятся центрами конденсации. Радиоактивные частицы могут захватываться растущими и каплями в результате возникновения градиента давления на поверхности капель. Такими способами захватываются частицы небольших размеров 0,02- 0,2 мкм «Сухое» отложение состоит в выпадении самих аэрозольных частиц и определяется в основном гравитационными силами, вертикальным движением воздушных масс и турбулентной диффузией. На интенсивность процесса «сухого» отложения влияют топография района, высота над уровнем моря и метереологические факторы. Количественное соотношение между «мокрым» и «сухим» отложением радиоактивных аэрозолей в различных частях земной поверхности зависит от климатических условий. В умеренных широтах, основная часть радиоактивных загрязнений ( около 90%) выпадает с осадками. В засушливых районах, наоборот, «сухие» выпадения вносят основной вклад в радиоактивное загрязнение территории. Количество выпадающих на земную поверхность радиоактивных осадков зависит от времени года. Максимальное выпадение наблюдается в весенне-летний период, а более низкое- осенью и зимой. За 4-5 весенне-летних месяцев в средних широтах выпадает около 60 % годового отложения радионуклидов. Скорость отложения радионуклидов принято выражать в Кюри на 1 км2 за единицу времени. Нужно отметить, что основное количество долгоживущих радионуклидов, стронция и цезия, попало в атмосферу в результате ядерных взрывов, произведенных до 1963 г. (рис. 5). В 1963 году был заключен Московский (Международный) договор о запрещении испытаний ядерного оружия в трех средах: в атмосфере, космическом пространстве и под водой. После этого времени в атмосферу поступило незначительное количество долгоживущих радионуклидов в результате подземных ядерных взрывов с выбросом грунта и вследствие аварий на атомных предприятиях. За это время содержание 137Cs в стратосфере уменьшалось с временем полувыведения, равным примерно одному году. Соответственно, отложение 137Cs на поверхность земли ежегодно уменьшалось на 50 % в Северном полушарии и с несколько меньшей скоростью в Южном полушарии. Рис. 5. Динамика поступления 90Sr в стратосферу (1963 – 1975 гг.): 1 - в Северном полушарии; 2 – в Южном полушарии; 3- суммарное поступление Контрольные вопросы и задания. 1. За счет каких источников ионизирующих излучений формируется природный радиационный фон? Какие радионуклиды наиболее интенсивно усваиваются живыми организмами, включаются в метаболизм, и соответственно, вносят основной вклад в формирование дозы внутреннего облучения органов и тканей при нормальных условиях жизнедеятельности? От каких факторов зависит радиоактивность воздуха? Изменяется ли мощность дозы радиационного фона местности в течение года, суток ? Что представляет собой космическое излучение? Назовите и охарактеризуйте основные факторы, обуславливющие радиоактивное загрязнение окружающей среды. Дайте характеристику радиоактивного заражения территорий при различных типах ядерных взрывов. Какие радиоактивные изотопы - продукты ядерного взрыва, обуславливают долговременное радиоактивное заражение местности ? Дайте краткую характеристику радиоактивного заражения местности, вызванного аварией на Чернобыльской АЭС. В чем сходство и различие аварийных выбросов в Уиндскейле и Чернобыле? От каких факторов зависит выпадение того или иного радионуклида, инжектированного в атмосферу? Правильно ли утверждение: «Радиационный фон является вредным экологическим фактором»? Объясните. |