Курс лекций. Лекция Введение в радиобиологию. Тема физические основы радиоэкологии лекция 2 Физическая характеристика атомов и радиоактивный распад ядер

• Название: Лекция Введение в радиобиологию. Тема физические основы радиоэкологии лекция 2 Физическая характеристика атомов и радиоактивный распад ядер
• Дата: 16.01.2020
• Размер: 3 Mb.
• Имя файла: Курс лекций.doc
• Тип: Лекция; #104341
• страница: 5 из 9

Тема 3. ЕСТЕСТВЕННЫЕ И АНТРОПОГЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ

ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ И РАДИОНУКЛИДОВ
Все живые существа на Земле постоянно подвергаются воздействию ионизирующей радиации путем внешнего и внутреннего облучения от естественных и искусственных источников ионизирующего излучения. Радионуклиды естественного и искусственного происхождения широко распространены в природе; они рассеяны в земной коре, воде, воздухе, растениях и теле животных. При этом между ними нет принципиальных различий, так как их свойства не зависят от способа образования.
Лекция 6: Естественные источники ионизирующих излучений и радионуклидов.

1. 
   Космическое излучение.
   
2. 
   Первичные радионуклиды земной коры.
   

К радионуклидам естественного (или природного) происхождения относят те, которые образовались на Земле без участия в этом человека. Различают две группы естественных источников радиации: космогенные источники и первичные радионуклиды земной коры. Первичные радионуклиды содержатся в естественной форме и концентрации во всех объектах биосферы: почве, воде, воздухе, минералах, живых организмах и т.д. Ионизирующие излучения, исходящие от природных источников, называют природным радиационным фоном.
1. Космогенные источники.

Космическое излучение условно можно разделить на две части:

а) первичное космическое излучение – заряженные частицы высокой энергии, приходящие из межзвездного пространства и из солнечной галактики, а также коротковолновое электромагнитное излучение;

б) вторичное космическое излучение – ионизирующее излучение, образующееся в земной атмосфере в результате взаимодействия первичного космического излучения с атомами воздуха. Наиболее распространенными продуктами космогенной активации являются: ³Н, ^7,10Ве, ¹⁴С, ²²Nа, ³²Si, ^32,33P, ³⁵S, ^36,39Cl.

в) радиоактивные изотопы, попадающие на поверхность Земли и в ее атмосферу из космического пространства вместе с космической пылью и метеоритными частицами [Симак С.В. и др., 1998].

Первичное космическое излучение:

Галактическое излучение образуется вследствие извержения и испарения материи с поверхности звезд и туманностей космического пространства. Оно состоит по большей части из заряженных частиц – это протоны высоких энергий (79%–87%), атомные ядра (от водорода и гелия до более тяжелых ядер лития, бериллия, бора, углерода, азота, кислорода и др.) и позитроны. Небольшой процент составляют электроны и гамма-лучи. Большинство заряженных частиц обладает очень высокой энергией – в интервале 3 – 15 ГэВ, а некоторые 10¹⁷ – 10¹⁸ эВ. Такие большие энергии первичные космические частицы приобретают в результате ускорения их в переменных электромагнитных полях звезд, многократного ускорения в магнитных полях облаков космической пыли межзвездного пространства и в расширяющихся оболочках новых и сверхновых звезд [Белов А.Д. и др., 1999].

Солнечный ветер. Солнце выбрасывает большое количество заряженных частиц, из которых образуется бесконечный поток, который направляется к самым окраинным зонам Солнечной системы. Такие потоки частиц получили название «Солнечный ветер».

Рядом с Землей у солнечного ветра скорость составляет приблизительно 400 км/с, а плотность – 10 частиц на 1 см³ (в миллиард миллиардов раз ниже, чем плотность земной атмосферы).

Солнечный ветер состоит главным образом из электромагнитного излучения (вплоть до рентгеновского диапазона), протонов и электронов, но в нем присутствуют также ядра гелия и других элементов [Рандзини Д., 2004].

Однако лишь немногие частицы достигают поверхности Земли, т.к. они взаимодействуют с атомами воздуха, рождая потоки частиц вторичного космического излучения. Поэтому основную массу космических лучей, достигающих поверхности Земли, составляет вторичное космическое излучение [Белов А.Д. и др., 1999].

Вторичное космическое излучение очень сложно и состоит из всех известных в настоящее время элементарных частиц и излучений. Основную массу их составляют μ^±-мооны (тяжелый аналог электрона m=200m_e), π^±-мезоны (70%), электроны и позитроны (26%), первичные протоны (0,05%), гамма-кванты, быстрые и сверхбыстрые нейтроны. На пути к земной поверхности поглощается и это вторичное излучение. До Земли оно почти не доходит. При бомбардировке верхних слоев атмосферы (примерно на высоте 15 – 20 км от поверхности Земли) космическими излучениями различной природы образуются атомы других элементов, порой радиоактивных [Белов А.Д. и др., 1999]. Таким путем образуются тяжелый изотоп водорода – тритий и радиоактивный углерод-14. Распадаясь, эти изотопы испускают β-частицы, причем период полураспада у трития 12,3 года, а у радиоуглерода – 5730 лет. В воздушном пространстве оба радиоизотопа возникают и распадаются непрерывно, так что в природе всегда имеется некоторый определенный «запас» трития и радиоуглерода. Равномерно перемешиваясь с обычным углеродом и водородом, тритий и радиоуглерод попадают в воду, их потребляют растения и животные. Таким образом, все живые существа содержат немного радиоактивных изотопов, образованных космическим излучением [Люцко А.М. и др., 1996].

Продукция таких изотопов максимальна в верхних слоях атмосферы в высоких широтах, т.е. там, где существует наибольший поток частиц космических лучей.

Интенсивность космического излучения зависит от ряда факторов: – интенсивности потока галактического излучения; – активности солнца; – географической широты; – высоты над уровнем моря [Белоус Д.А., 2004].

Полярное сияние. Свечение полярного сияния происходит из-за исторгнутых Солнцем заряженных частиц: электронов, протонов, альфа-частиц, которые взаимодействуют с земным магнитным полем и между собой. Частицы, устремляющиеся к Земле, отклоняются ее магнитным полем и ионизируют атомы атмосферы. Очень высокая энергия заряженных частиц приводит к тому, что при их столкновении с нейтральными атомами атмосферы из них выбиваются один и больше электронов. При соединении ионов кислорода с электронами у полярного сияния появляется зеленоватая окраска; когда замена электронов происходит в молекуле азота, оно бывает красным. Полярные сияния происходят на высоте не менее 100 или выше 400 км и наблюдать их можно главным образом в высоких широтах, то есть, в полярных областях. Причина этого в том, что именно туда частицы отклоняются земным магнитным полем. Во время полярного сияния в ионосфере (слой атмосферы на высоте 50-500 км) происходят различные явления: пульсация магнитного поля Земли, выбросы рентгеновских лучей и образование электрических потоков. Более того, энергия, выделяемая полярным сиянием в невидимой части области электромагнитного спектра, значительно больше, чем в его видимой части.

Космический фон практически постоянен и зависит лишь от высоты местности (табл. 6.1.). В нижней атмосфере интенсивность космического излучения с высотой удваивается примерно каждые 1,5 км. [Люцко А.М. и др., 1996]. По мере увеличения высоты увеличивается интенсивность космического излучения. Так, на уровне моря средняя поглощенная доза этого излучения составляет 320 мкГр/год (0,03-0,04 Р/ч или 1,15*10^-11 Гр/с), на высоте 2 км – в 3-4 раза, а на высоте 3 км – в 5-6 раз выше [Симак С.В. и др., 1998].

Таблица 6.1.

Зависимость космического фона от высоты над уровнем моря

Высота, км	Мощность дозы, мкЗв/ч	Среднегодовая доза, мЗв
0 4 8,848 (Эверест) 10 20	0,035 0,2 1,0 2,9 12,7	0,3 1,75 8

Таким образом, жители высокогорья, чабаны, пасущие скот, облучаются сильнее, чем жители равнин и морских побережий. Еще сильнее космические лучи действуют на пассажиров самолета, поднимающегося на высоту 10-12 км (облучение из космоса превышает естественный уровень более чем в сто раз). Правда в полете человек проводит немного времени, и общая полученная им доза незначительна. Большую опасность космическое излучение представляет для экипажей воздушных судов, и особенно для космонавтов, так как последние лишены защиты воздушно оболочки, а через тонкие стенки аппарата-спутника частицы высокой энергии проникают без труда [Люцко А.М. и др., 1996].
2. Природные радиоактивные вещества.

Их условно можно разделить на три группы. В первую группу входят нуклиды радиоактивных семейств (рядов) ²³⁵U, ²³⁸U и ²³²Th с продуктами их распада. Ко второй группе относятся радиоизотопы , находящиеся в земной коре и объектах внешней среды с момента образования Земли: ⁴⁰К, ⁸⁷Rb, ⁴⁸Са, ⁹⁶Zn, ¹³⁰Te, ¹²⁹I и др. К третьей группе принадлежат радиоактивные изотопы ¹⁴C, ³H, ⁷Be, ¹⁰Be, образующиеся непрерывно под действием космического излучения [Радиобиология/ А.Д. Белов и др., 1999].

В процессе формирования Земли в состав ее коры наряду со стабильными нуклидами вошли и радионуклиды. Большая часть этих радионуклидов относится к так называемым радиоактивным семействам (рядам). Каждый ряд представляет собой цепочку последовательных превращений, когда ядро, образующееся при распаде материнского ядра, тоже, в свою очередь, распадается, вновь порождая неустойчивое ядро ит.д. Началом такой цепочки является радионуклид, который не образуется из другого радионуклида, а содержится в земной коре и биосфере с момента их рождения. Этот радионуклид называют родоначальником и его именем называют все семейство (ряд). Всего в природе существует три родоночальника – уран-235, уран-238 и торий 232, и, соответственно, три радиоактивных ряда – два урановых и ториевый. Заканчиваются все ряды стабильными изотопами свинца. Радиоактивный ряд включает как долгоживущие радионуклиды (то есть радионуклиды с большим периодом полураспада), так и короткоживущие, но в природе существуют все радионуклиды ряда, даже те, которые быстро распадаются. Это связано с тем, что с течением времени установилось равновесие («вековое равновесие») – скорость распада каждого радионуклида равна скорости его образования [Белоус Д.А., 2004].

Существуют радионуклиды, которые вошли в состав земной коры в процессе формирования планеты и которые не принадлежат урановым и ториевому рядам. В природе концентрация естественных радионуклидов варьирует в широких пределах. Больше всего в окружающей среде ⁸⁷Rb и ⁴⁰К. Радиоактивность ⁴⁰К в земной коре превышает радиоактивность суммы всех других естественных радиоактивных элементов за счет жесткого бета- и гамма-излучений. Радиоактивный калий составляет около 0,012% всего природного калия или 2,5% от всех природных радионуклидов земной коры. Больше всего ⁴⁰К содержится в ископаемых калийных солях. Радиоактивный калий является основным радионуклидом, создающим природную активность кормов и сельскохозяйственной продукции в большинстве геохимических провинций Земли [Анненков Б.Н. и др., 1991].

Земная кора и почва.

Поскольку радионуклиды образуют в природе определенные соединения и в соответствии со своими химическими свойствами входят в состав определенных минералов, то распределение естественных радионуклидов в земной коре неравномерно. Весьма существенные различия в концентрации радионуклидов отмечаются в почвах разных типов. Глинистые почвы почти везде богаче радиоактивными элементами, чем песчаники и известняки за счет процессов сорбции. Чернозем занимает промежуточное место [Симак С.В. и др., 1998; Белов А.Д. и др., 1999; Анненков Б.Н. и др., 1991].

Радиоактивные тяжелые элементы (U, Th, Ra) содержатся преимущественно в горных гранитных породах. В разных районах земного шара доза гамма-излучения разных земных пород у поверхности Земли колеблется в широких пределах – 0,26 – 11,5 мГр/год. Однако имеются районы (например бразильский курорт Гуарапари; штат Керала в Индии – моноцитовые пески; Китай, Гуандон), где вследствие выхода на поверхность Земли радиоактивных руд и пород, а также значительной примеси в почве урана и радия доза природного фона составляет 0,12 – 0,7 Гр/год, что в 100-500 раз выше среднемирового фона [Белов А.Д. и др., 1999].

Природные воды.

Естественные радионуклиды обнаруживаются во всех типах природных вод. Радиоактивность воде придают в основном уран, торий и радий, образующие растворимые комплексные соединения, которые вымываются почвенными водами, а также газообразные продукты их радиоактивных превращений (²²²Rn и ²²⁰Th). Концентрация радиоактивных элементов в реках меньше, чем в морях и озерах, а содержание их в пресноводных источниках зависит от типа горных пород, климатических факторов, рельефа местности и т.д. Концентрация урана, радия и тория особенно высока в подземных водах. В южных реках с высокой степенью минерализации содержание урана обычно выше, чем в северных реках с относительно низкой минерализацией. Из долгоживущих естественных радионуклидов в природных водах больше всего ⁴⁰К – до 330 пКи/л (в морской воде). Концентрация радионуклидов в дождевой воде не велика, исключение составляет ³Н и ⁷Ве, концентрация которых может достигать десятков пКи/л [Анненков Б.Н. и др., 1991; Белов А.Д. и др., 1999].

Радиоактивность атмосферы обусловлена наличием в ней радиоактивных веществ в газообразном состоянии (²²²Rn и ²²⁰Th (торон), ¹⁴С, ³Н) или в виде аэрозолей (⁴⁰К, уран, радий и др.) [Радиобиология/ А.Д. Белов и др., 1999]. Радионуклиды поступают в атмосферу различными путями. Некоторое количество радионуклидов попадает в воздух в результате выветривания земных пород и разложения органических веществ. Определенная доля радиоактивности атмосферы обусловлена наличием в воздухе космогенных радионуклидов. Существенное значение имеет диффузия из почвы в приземные слои атмосферы радона (²²²Rn) и торона (^220Th), являющихся продуктами радиоактивного распада соответственно ²²⁶Ra и ²²⁴Ra [Анненков Б.Н. и др., 1991].

Радиоактивность атмосферного воздуха варьирует в широких пределах – 7,4*10^-4 – 16,3*10^-3 Бк/л (2*10^-14 – 4,4*10^-13 Ки/л) и зависит от местоположения (в атмосферном воздухе над сушей концентрация радионуклидов выше, чем над океаном), содержания радионуклидов в материнских земных породах, времени года, состояния атмосферы и т.д. [Белов А.Д. и др., 1999; Анненков Б.Н. и др., 1991].

Во флоре и фауне концентрация естественных радионуклидов обычно не велика, так как большинство из них не являются биогенами и плохо усваиваются растительностью и животными. Исключение составляют ⁴⁰К, ¹⁴С, ³Н, ¹⁸О и ²²Na, которые усваиваются растениями и животными весьма интенсивно [Анненков Б.Н. и др., 1991; Симак С.В. и др., 1998].

Таким образом, растения и животные подвергаются воздействию внешних источников природного радиационного фона – космическая радиация и излучения естественных радионуклидов, рассеянных в почве, воде, воздухе, строительных и других материалах, а также внутренних источников природной радиации, содержащихся в самом организме и поступающих в него с пищей, водой и воздухом.

Природный радиационный фон является одним из экологических факторов, для всех живых организмов Земли. Действие его непрерывно и отличается широкой вариабельностью. В ходе многих экспериментов было доказано, что наличие природного радиационного фона необходимо для нормального роста и развития всего живого на Земле. Кроме того, природный радиационный фон является одним из поставщиков материала для естественного отбора (мутации) и одним из факторов видообразования.

Естественный радиационный фон в разных местах земного шара разный. Это связано с тем, что с высотой над уровнем моря фон увеличивается за счет космического излучения, в местах выхода на поверхность гранитов или богатых торием песков радиационный фон также выше. Природные радионуклиды имеют способность избирательно накапливаться в определенных видах растений, животных , рыб. Это приводит к более высокому содержанию какого-либо из радионуклидов в определенном продукте питания по сравнению с другими. В результате жители, потребляющие в соответствии с традициями национальной кухни данный продукт в больших количествах, получают и большие дозы внутреннего облучения. Это превышение может достигать десятков раз по отношению к среднестатистическому, но это естественно. Поэтому можно говорить лишь о среднем естественном радиационном фоне для данной местности, территории, страны и т.д.

Среднее значение эффективной дозы, получаемое жителем нашей планеты от природных источников за год, составляет 2,4 мЗв.

Примерно 1/3 этой дозы формируется за счет внешнего излучения (примерно поровну от космического излучения и от радионуклидов земной коры). 2/3 обусловлены внутренним облучением [Белоус Д.А., 2004]. Суммарная доза, получаемая от природного радиационного фона людьми, колеблется в разных точках земной поверхности от 1 до 110 Зв/год на человека [Симак С.В. и др., 1998; Белов А.Д. и др., 1999; Анненков Б.Н. и др., 1991].

Неравномерность природного радиационного фона на нашей планете обусловлено:

• 
  Различием в концентрации природных радионуклидов в различных участках земной коры, на ее поверхности;
  
• 
  Высотой местности над уровнем моря, географической широтой, вариабельностью космического излучения;
  
• 
  Преимущественным потреблением определенных продуктов питания.
  

Лекция 7. Антропогенные источники ионизирующих излучений и радионуклидов

1. 
   Технологически повышенный естественный радиационный фон.
   
2. 
   Загрязнение окружающей среды радионуклидами в результате испытания атомного и ядерного оружия.
   
3. 
   Радиоактивность, связанная с работой предприятий ядерно-топливного цикла.
   
4. 
   Радиационные аварии.
   

С деятельностью человека связано появление во внешней среде искусственных радионуклидов. В результате технологических процессов естественный радиационный фон в окружающей среде может быть изменен, так как вследствие антропогенного влияния происходит перераспределение естественных радионуклидов в биосфере и увеличивается интенсивность вовлечения их в биологический и технологический круговорот веществ в природе. Повышение естественного радиационного фона может быть связана с поступлением естественных радиоактивных веществ во внешнюю среду в результате испытаний ядерного и термоядерного оружия (особенно если они проводятся на поверхности земной коры, в воздухе и воде), в качестве радиоактивных отходов промышленных и энергетических реакторов и в результате аварийных ситуаций на этих установках. Определенное количество радиоактивных материалов поступает в окружающую среду в процессе работы неядерной промышленности (нефте- и газодобывающие и перерабатывающие предприятия, ТЭЦ).
1. Технологически повышенный естественный радиационный фон.

Для оценки изменения естественного радиационного фона под влиянием хозяйственной деятельности человека в 1975 г. (Причардом и ) было введено понятие техногенно повышенный естественный радиационный фон (ТПЕРФ) под которым понимается изменение облучения от истинно естественных источников и облучение в результате техногенной деятельности человека. Основными источниками ТПЕРФ являются: уголь, сжигаемый на электростанциях, используемый в хозяйственной деятельности природный и сжиженный газ, строительные материалы, минеральные удобрения в сельском хозяйстве, воды с повышенным содержанием естественных радионуклидов, пассажирские полеты на больших высотах.

Уголь. Все угли содержат радионуклиды урановых и ториевого рядов распада. В зависимости от зональности месторождения в 1 кг угля содержится от 1 до 70 Бк ⁴⁰К, от 3 до 500 Бк ²³⁸U, от 3 до 300 Бк ²³²Th. Концентрация ²²²Rn в угле может доходить до 20 Бк/кг, а ²²⁶Ra – 370 кБк/кг. Электростанции, работающие на угле, выделяют в атмосферу сравнимое с АЭС количество биологически значимых долгоживущих радионуклидов. В результате сжигания угля нелетучие компоненты остаются в золе. Если принять, что ЭС мощностью 1000 МВт ежегодно потребляют 2,3 млн.т. угля, то она выделяет около 7,4*10¹⁰ Бк изотопов радия. При хорошей очистке выбросов (99,5%) при сжигании угля в атмосферу выделяется 37*10⁷ Бк смеси радиоактивных изотопов (сюда же входят и ²¹⁰Po и ²¹⁰Pb). Однако не все электростанции достигают такой высокой степени очистки выбросов от летучей золы. Для Великобритании этот показатель составляет в среднем 99,3%, для различных районов Северной Америки – редко достигает 97,5%. Проектная эффективность очистки на современных ТЭС России составляет 98,5%. Однако большая часть стран существенно уступает современным европейским и американским стандартам [Уорнер Ф. и др., 1999; Белоус Д.А., 2004].

Нефть и природный газ. Главный источник радиоактивности нефтяных и газовых залежей – урановые ряды (продукты распада урана-238 и урана-235). Главными радиоактивными загрязнителями нефти являются ²²⁶Ra (Т=1620 лет), ²¹⁰Pb (Т=22,3 года) и ²¹⁰Po (Т=138 дней). Они также отлагаются в заводском оборудовании и трубопроводах, образуясь из радона, поступающего вместе с природных газом из подземных залежей [Уорнер Ф. и др., 1999]. Нефть и газ поступают из пробуренных скважин в начале эксплуатации сухими, но затем к их потоку начинает примешиваться вода, содержащая много растворенных солей. Эти соли образуют осадки на стенках труб. В них могут содержаться радий и его дочерние продукты.

На большинстве освоенных месторождений выполняют технологические операции, связанные с радиоактивностью осадков, которая может изменяться от < 1 до > 15000 Бк на грамм. Сюда входят физические наблюдения за безопасностью для здоровья, необходимые ремонтные работы и захоронение радиоактивных отходов. Основной способ захоронения – это затопление в море.

Природный газ. При сжигании природного газа во внешнюю среду выделяется ²²²Rn. Особое значение имеет сжигание газа в жилище человека. В условиях плохой вентиляции, выделяющийся из природного газа радон дает большой вклад в количество этого радионуклида, присутствующего в помещении. Среднее поступление радона в помещение примерно 370-555 Бк/сутки. Вклад радона, связанный со сжиганием природного газа, в дозу не велик по сравнению с вкладом радона, выделяющегося из стройматериалов.

Сжиженный газ. При термическом фракционировании природного газа для выделения фракции тяжелых углеводородов, радон концентрируется в пропановой и этановой фракциях, что приводит к 8 кратному увеличению содержания радона в сжиженном газе. Так как сжиженный газ перед использованием хранится, в результате чего часть радона распадается (Т=3,823 суток), в радиационно-гигиеническом отношении сжиженный газ не отличается от природного.

Из сопоставления техногенной эмиссии естественных радионуклидов в атмосферу следует, что поступление радона из нефтяных и газовых скважин значительно превосходит соответствующую величину при сжигании угля. С другой стороны, важно помнить, что если ²²⁶Ra и ²¹⁰Pb от сжигания углей – это доля, которая поступает в атмосферу, то почти весь Ra и Pb от добычи нефти и газа сбрасывается в море.

Строительные материалы

Так как земные породы используют в качестве строительного материала, то от последнего зависит радиационный фон внутри здания. Содержание радионуклидов в строительных материалах может быть связано как с повышенной естественной концентрацией (например, в граните), так и с использованием побочных продуктов (отходов) других производств, где произошло концентрирование природных радионуклидов (например, угольный шлак). Основной вклад вносит радон-222 (продукт распада радия-226). Так в деревянных домах и сооружениях концентрация радона в норме составляет 1,5*10^-2 Бк/л воздуха, кирпичных – 4,0; бетонных 11,6. При плохой вентиляции концентрация радона может значительно возрастать (до 100 раз), создавая повышенное облучение человека. Такая ситуация характерна в большей степени для подвалов и первых этажей зданий, где удельная активность радона может составлять величину порядка 1 – 10 кБк/м³ [Симак С.В. и др., 1998; Белоус Д.А., 2004].

Сельскохозяйственные удобрения.

Важным источником повышения естественного радиационного фона являются минеральные удобрения (суперфосфаты, фосфориты, калийные). Они содержат радионуклиды ²³⁸U, ²²⁶Ra, ²³²Th, ²¹⁰Po, ²¹⁰Pb и ⁴⁰K в количестве от нескольких мБк/г до нескольких Бк/г. Внесение этих удобрений на поля в агрохимически обоснованном количестве может поднять мощность дозы излучения в месте внесения удобрений примерно на 0,5 мкР/ч. Водный сток удобрений в реки и озера повышает концентрацию радия в воде.

Следует помнить, что технологически увеличенная природная радиоактивность на порядок меньше, чем глобальная естественная эмиссия. Однако в локальном масштабе рукотворные источники могут оказаться доминирующими.
2. Загрязнение окружающей среды радионуклидами в результате испытания атомного и ядерного оружия.

Впервые проблема антропогенных радионуклидов в биосфере появилась в середине сороковых годов, с началом эры испытаний и применения атомного, а позднее и ядерного оружия.

Действие атомной бомбы основано на реакции деления ядер урана-235 или плутона-239 (который получают при облучении урана-238 медленными нейтронами). Ядерное или водородное оружие использует другой принцип: синтез гелия ⁴₂He из изотопов водорода дейтерия ²₁H и трития ³₁H.

²₁H + ³₁H = ⁴₂He + ¹₀n

Эта реакция идет при температуре несколько десятков миллионов градусов и огромном давлении. Такие условия достигаются при взрыве обычного атомного заряда [Симак С.В. и др., 1998]. При термоядерных взрывах в момент реакции синтеза возникает интенсивный поток нейтронов, вызывающий образование значительного количества продуктов активации (наведенной радиоактивности), в частности ³Н, бериллия, ¹⁴С.

В результате взрывов образуется около 80 осколков деления – радиоактивных изотопов различных элементов. Каждый осколок обычно претерпевает еще несколько превращений до того как превратится в стабильный нуклид. При этом испускаются β-частицы и γ-кванты. Большинство образующихся при этом радионуклидов короткоживущие. Помимо осколков деления, при взрыве рассеивается часть атомной начинки (²³⁵U или ²³⁹Pu) – до 70-80% от ее исходного количества.

С увеличением возраста продуктов деления их общая активность быстро уменьшается. Из закона радиоактивного распада смеси осколков деления выявлено правило: каждое десятикратное снижение активности осколков и мощности дозы гамма-излучения происходит в результате увеличения их возраста в 7 раз. Уже через сутки после взрыва радиоактивность падает более чем в 3000 раз [Симак С.В. и др., 1998].

Из большого числа ядерных осколков и их дочерних продуктов интерес для радиобиологии по своим радиотоксикологическим и физическим характеристикам (величина выхода продукта при делении, период полураспада, вид и качество излучения) представляют лишь 10 радионуклидов: ^89,90Sr, ⁹⁵Zn, ⁹⁵Nb, ^103,106Ru, ¹³¹I, ¹³⁷Cs, ¹⁴⁰Ba, ¹⁴⁴Ce. Из них только два (^103,106Ru) относятся к непосредственным осколкам деления, а остальные восемь представляют собой продукт второго – четвертого актов бета-распада ядер-осколков. В первые месяцы после ядерного взрыва основную опасность в смеси осколков деления представляют ¹³¹I, ¹⁴⁰Ba и ⁸⁹Sr, а в последующем ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs.

Загрязнение местности зависит от характера ядерного взрыва (наземный, воздушный и т.д.), калибра ядерного устройства, атмосферных условий (скорость ветра, влажность, выпадение осколков, распределение температуры по высоте, которое влияет на перемещение масс воздуха), географических зон и широт и др. Тип и «начинка» ядерных зарядов заметно влияют на характер возникающей радиоактивности.

Наземные взрывы создают сильное загрязнение радиоактивными продуктами деления непосредственно в районе взрыва, а также на прилегающей территории, над которой проходило радиоактивное облако.

При воздушном взрыве не происходит значительного локального загрязнения местности радиоактивными продуктами деления, так как они распыляются на очень большой площади. Однако, под влиянием атмосферных осадков, выпавших в момент прохождения радиоактивного облака, может повыситься степень загрязнения в том или ином районе.

Средние и малые взрывы до нескольких килотонн тротилового эквивалента загрязняют в основном тропосферу (до высоты 18 км). Крупные взрывы в несколько мегатонн загрязняют главным образом стратосферу (до высоты 80 км). Благодаря наличию воздушных течений частицы радиоактивных продуктов деления способны совершать очень большой путь, вплоть до нескольких оборотов вокруг земного шара, поэтому радиоактивное загрязнение может возникнуть в любой точке земного шара, т.е. носить характер глобального загрязнения [Радиобиология/ А.Д. Белов].

При взрывах почти во всех случаях опасность от выпадения продуктов ядерного деления преобладает над радиационной опасностью, связанной с нейтронной активацией.

Облучение людей продуктами ядерных взрывов происходит извне и с поступающими в организм по пищевым цепям радиоактивными веществами. Испытания на Новой Земле чрезвычайно загрязнили приполярные тундры. Оленеводы Крайнего Севера получили дозы облучения в 100-1000 раз более высокие, чем остальное население, так как основной их продукт питания – оленина имела очень высокую концентрацию радиоактивности из-за накопления ягелем цезия и стронция.

Вследствие запрещения испытательных взрывов в трех средах началось постепенное снижение вызванного ими радиационного фона. В 1963 г. соответствующая среднегодовая коллективная доза составила примерно 7% от дозы естественного облучения, в начале 80-х годов – около 1%. Рассчитанные средние индивидуальные дозы, полученные жителями Земли в результате испытаний в мЗв, приведены в табл. [Люцко А.М. и др., 1996].

Таблица 7.1.

Средние индивидуальные дозы, полученные жителями Земли

в результате испытаний в мЗв (Антонов В.П., 1989)

Вклад в дозу	Северное полушарие	Южное полушарие	Население Земли в среднем
Внешнее облучение: короткоживущие радионуклиды, цезий-137	0,47 0,60	0,08 0,17	0,31 0,37
Внутреннее облучение: красный костный мозг гонады	2,7 1,5	0,98 0,42	1,9 0,99

Ожидаемая коллективная доза от всех произведенных ядерных взрывов составляет 30 млн чел*Зв. К 1980 г. человечество уже получило 12% этой дозы. Приведенные выше индивидуальные ожидаемые дозы тоже будут накапливаться в течение длительного времени (большая часть до 2020 г.), так что их нельзя сравнивать с годовыми дозами от других источников радиации. Тем не менее это существенный избыток над естественным облучением. Отметим, что образовавшийся при термоядерных испытаниях радиоуглерод, смешавшись со стабильным углеродом биосферы, вследствие большого периода полураспада (5730 лет) будет служить дополнительным источником облучения для многих поколений людей [Люцко А.М. и др., 1996].
3. Радиоактивность, связанная с работой предприятий ядерно-топливного цикла.

Важным источником антропогенных поступлений радионуклидов в окружающую среду являются предприятия ядерно-топливного цикла (ЯТЦ), включающего в себя урановые рудники, предприятия по обогащению и переработке руды, производству ядерного топлива, его транспортировке, производство электроэнергии на атомных электростанциях и захоронение радиоактивных отходов. На каждом из этих этапов возможны утечки и аварийные ситуации, при которых перемещенные природные радионуклиды или радиоактивные вещества антропогенного происхождения загрязняют окружающую среду.

При добычи урана главный излучатель – ²²²Rn. Масштабы его выделения составляют около 1 ГБк на тонну руды с содержанием 1% оксида урана U₃O₈. Мировая добыча урановых руд составляет примерно 40 тыс. т/год.

При извлечении урана из руд в ходе первичной их переработки образуются хвосты обогащения, которые представляют собой другой источник загрязнения атмосферы. Радиоактивность создается за счет ²³⁸U, ²³⁰Th, ²²⁶Ra и ²¹⁰Pb.

Производство ядерного топлива включает в себя очистку, переработку в гексафторид урана UF₆, обогащение изотопом ²³⁵U, переработку в металлический уран и изготовление тепловыделяющих элементов (твэлов). Твердые отходы, образующиеся в ходе этих операций, сходны с теми, что получаются на стадиях добычи и переработки руд. Эмиссия радионуклидов в процессе производства топлива также относительно мала.

Ядерные реакторы – это мощные производители радиоизотопов и главные источники радиоактивных веществ в топливном цикле. Каждый акт деления дает два радиоактивных изотопа – осколка, каждый из которых подвергается радиоактивному распаду, превращаясь, в конце концов, в стабильный изотоп. При этом возникают сотни радиоактивных изотопов. Кроме того, интенсивные нейтронные потоки внутри реактора производят радиоактивные превращения элементов при захвате нейтронов, давая дополнительно радиоактивные изотопы (явление нейтронной активации).

Общее количество радиоактивных веществ внутри активной зоны реактора в каждый момент времени зависит от типа реактора и предшествующего режима его работы. В ходе нормальной работы ядерных реакторов образуются газообразные, жидкие и твердые отходы с низким и умеренным уровнем активности. Радионуклиды, возникающие при ядерном делении и активации, вызывают загрязнение различных материалов вследствие высвобождения их из ядерного топлива или с поверхности оболочек твэлов. Вид и количество отходов определяются такими факторами, как тип реактора, его конструктивные особенности, условия работы и степень выработанности топлива.

Хранение отработанного топлива, его переработка и захоронение отходов.

В результате развития атомной промышленности и энергетики, атомного флота только в России накоплено радиоактивных отходов суммарной активностью около 11,55*10¹⁹ Бк и отработанного ядерного топлива суммарной активностью 17,2*10¹⁹ Бк. При этом, как отмечено в Постановлении Правительства РФ от 23 октября 1995г, имеющиеся производственные мощности не обеспечивают надежной изоляции накопленных и вновь образующихся радиоактивных отходов и материалов.

В настоящее время ни на одной атомной электростанций России нет полного комплекта установок для подготовки к безопасному длительному хранению – кондиционированию радиоактивных отходов. Хранилища жидких и твердых радиоактивных отходов и отработанного ядерного топлива на АЭС близки к предельному заполнению.

Большая часть произведенного во всем мире количества долгоживущих радионуклидов находится ныне в хранилищах отработанного топлива, на радиохимических заводах, ведущих его переработку, и в хранилищах высокоактивных отходов. Количество отходов, которое необходимо захоронить и скорость, с которой они накапливаются во всем мире, огромны. В выбросах реакторов, хранилищ, радиохимических заводов и мест захоронения отходов принципиальное значение имеют следующие изотопы: ³H, ¹⁴C, ⁶⁰Co, ⁸⁵Cr, ⁹⁰Sr, ⁹⁵Zn, ⁹⁹Tc, ¹⁰⁶Ru, ¹²⁹I, ¹³¹I, ¹³⁴Cs, ¹³⁷Cs, ¹⁴⁴Ce, ¹⁴⁷Pm, ²³⁷Np и изотопы плутония. В топливе после его извлечения из реактора кроме остаточного урана и плутония содержатся продукты деления и актиноиды, поэтому перед отправкой его на переработку необходимо дождаться распада короткоживущих радиоизотопов. Для этого отработанное топливо выдерживают в специальных хранилищах на самих АЭС. Топливо перевозится в специально оборудованных контейнерах (или «пеналах»), которые в соответствии с правилами, основанными на рекомендациях Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), способны противостоять самым тяжелым авариям.

В отработанном топливе содержится не менее 96% урана и до 1% плутония. При переработке с помощью экстракции они переводятся в экстрагирующий растворитель. Почти все радиоактивные продукты деления остаются в водной фазе, образуя высокоактивные отходы, которые после удаления остатков органического растворителя и оболочки твэлов поступают в хранилище.

Газообразные радиоактивные отходы накапливаются за счет образования летучих радионуклидов, наиболее важные из которых – галогены, благородные газы, ³Н и ¹⁴С. Для удаления радиоактивных частиц из загрязненных газов и воздуха используют фильтры. В процессе переработки топлива образуются низкоактивные газообразные продукты. Они выделяются главным образом при разрезании и растворении твэлов. Радиоактивные изотопы йода распадаются при выдержке топлива в бассейне-охладителе. Остается лишь небольшая часть этих радионуклидов и их связывают с помощью специальной химической обработки. Изотоп криптон-85 (Т=10,4 года) – это продукт деления, главный источник его – переработка ядерного топлива. Он образуется в ядерных реакторах, но в основном сохраняется внутри тепловыделяющих стержней. При сбросе его через газоотводную трубу никакой специальной выдержки газов не производится.

Радиоактивные жидкие отходы, образующиеся на ядерных энергетических установках, содержат растворимые и нерастворимые компоненты – продукты деления и коррозии. Эксплуатация трубопроводов и оборудования приводит к накоплению жидких отходов как результат операций по их периодической дезактивации. Для того, чтобы основной объем жидких отходов можно было сбросить в окружающую среду или использовать в замкнутом цикле, применяются различные способы обработки стоков. Они основаны на четырех главных методах: выпаривании, химическом осаждении и коагуляции, твердофазной репарации и ионном обмене.

Низкоактивные жидкие стоки (например, вода из охлаждающих бассейнов), после обработки с целью сведения к минимуму концентрации радионуклидов, могут быть сброшены в окружающую среду. Высокоактивные жидкие отходы образуются на первой стадии разделения перерабатываемого топлива. Эти отходы можно сконцентрировать выпариванием для хранения в охлаждаемых емкостях до окончательного захоронения. Желательно, чтобы такие жидкие отходы можно было, в конечном счете, перевести в твердую форму для хранения и захоронения. Для этого используют процессы остеклования, основанные на методах сплавления с металлом или с керамикой, в результате чего высокоактивные отходы превращаются, например, в боросиликатное стекло.

Радиоактивные твердые отходы представляют собой оболочки элементов, загрязненное оборудование, отработанные реагенты и др. В зависимости от природы твердых отходов для уменьшения объема и подвижности радиоактивных веществ применяют различные комбинации методов. Чтобы уменьшить объем твердых низкоактивных отходов, а также в качестве предварительной обработки их перед прессованием или сжиганием используют разрезание, измельчение и дробление. Отходы средней активности от переработки топлива могут храниться в ожидании капсулирования и окончательного захоронения. Влажные отходы (ионообменные смолы, фильтрующие среды, осадки) перед окончательным захоронением должны быть превращены в твердые продукты. Для этого используют цементирование, битуминизацию или связывание с полимерами.

Существует 2 пути обращения с радиоактивными отходами и их удаление.

1. 
   Концентрирование отходов и их захоронение в таких местах биосферы или вне ее, когда исключается или сводится к безопасному минимуму контакт отходов с живыми организмами.
   
2. 
   Рассеяние радионуклидов в окружающей среде в первую очередь в атмосфере и гидросфере, до такой концентрации, которая считается безопасной в радиационно-экологическом отношении.
   

Первый путь принят во многих странах мира для высокоактивных отходов, 2-й путь – для отходов с низкой активностью.
4. Радиационные аварии.

За время существования атомной энергетики на ее объектах в мире произошло более 300 аварий. Наиболее крупными и известными из них были аварии в Уиндскейле ныне Селлафильд (Великобритания) в 1957 году, на Южном Урале в том же 1957 году, на АЭС в Три-Мэйл-Айленд (США) в 1979 году и на Чернобыльской АЭС в 1986 году. Гораздо меньше известно о негласном "плановом" загрязнении [Симак С.В. и др., 1998].

Радиационные аварии различаются по объему выброса, радионуклидному составу, по тяжести последствий этих выбросов и размерам территорий, подвергшихся загрязнению и т.д. Учитывая участившиеся инциденты на атомных объектах, МАГАТЭ предложило оценивать тяжесть радиационных аварий на энергетических реакторах по 7 бальной шкале:

1 балл – Аномалия: нарушения нормальной работы реактора, не требующие защитных мер (ошибки операторов, отказ автоматики).

2 балла – Происшествие: техническое происшествие или аномалия, которая не вызвала серьезных последствий, но может потребовать защитных мероприятий в дальнейшем.

3 балла – Серьезное происшествие: выброс радиоактивности в окружающую среду превышает допустимый уровень. Кратковременно дозы за пределами объекта достигают десятков м Зв. Защитные меры вне АЭС не требуются. Высокий уровень радиации и/или локальное загрязнение вследствие повреждения оборудования или неправильного управления (Пример: гибель подводной лодки «Комсомолец», 1989). Переоблучение обслуживающего персонала (индивидуальные дозы превышают 50 мЗв).

Происшествие, при котором выход из строя систем защиты может привести к аварии, или ситуация, при которой защитные системы неспособны предотвратить аварию (Пример: Ванделло, Испания, 1989).

4 балла – Авария на объекте: радиация в прилегающей местности создает индивидуальную дозу в несколько мЗв. Локально требуются защитные меры, контроль (выборочный) местных продуктов питания. Повреждение активной зоны (механическое и/или частичное расплавление). Дозы у работников АЭС могут привести к острой лучевой болезни (порядка 1 Зв). Пример: Сент-Лорен, Франция, 1980.

5 баллов – Авария, опасная для прилегающей территории: выброс продуктов деления, радиологически эквивалентный 10¹⁴ – 10¹⁵ Бк йода-131. Требуются местные защитные мероприятия (укрытия и/или эвакуация из пораженной местности), пример: Уиндскейл, Великобритания, 1957г.

Серьезное повреждение активной зоны реактора (разрушение и/или частичное расплавление), пример: Тримайл-Айленд, США, 1979 г.

6 баллов – Серьезная авария: выброс продуктов деления, эквивалентный 10¹⁵ – 10¹⁶ Бк йода-131. Требуются широкомасштабные мероприятия для предотвращения серьезных последствий для здоровья.

7 баллов – Катастрофа: выброс значительной части активной зоны со смесью коротко- и долгоживущих продуктов деления в количестве, эквивалентном более чем 10¹⁶ Бк йода-131. Возможны острые лучевые поражения. Радиобиологические эффекты на большой территории, иногда охватывающей несколько стран. Долговременные последствия для окружающей среды. (Пример: Южный Урал, СССР, 1957г., Чернобыль, СССР, 1986г.) [Люцко А.М. и др., 1996].

В России наиболее известно состояние дел с жидкими радиоактивными отходами комбината "Маяк" в Челябинской области на Южном Урале. 27 сентября 1957 года из-за неполадок в системе охлаждения бетонных емкостей, содержащих высокоактивные отходы, химический взрыв выбросил в атмосферу около 10¹⁷ Бк радиоактивных продуктов деления (главным образом ⁹⁰Sr). Они рассеялись и осели в Челябинской, Свердловской и Тюменской областях. Жители населенных пунктов, где уровень загрязнения многократно превысил предельно допустимые нормы, были эвакуированы. Еще и сейчас вдоль «кыштымского следа» существуют территории с концентрацией активности выше 10 МБк/м². Катастрофа на Южном Урале еще не изучена до конца и нельзя назвать ее последствия.

В октябре того же 1957 года на другом военном заводе, производящем оружейный плутоний, в Великобритании (Уиндскейл, ныне Селлафильд), из-за частичного расплавления активной зоны реактора в окружающую среду было выброшено 7,5*10¹⁴ Бк йода-131, 2,2*10¹³ Бк цезия-137 и другие изотопы. С территории около 500 кв.км власти эвакуировали население, запретив использовать воду и молочные продукты местного производства. После распада радиоактивного йода через полтора месяца эвакуированные, получив компенсацию за ущерб, смогли вернуться домой. Сейчас в Селлафильде, на месте закрытого военного завода, существует всемирно известный экскурсионный центр, где можно познакомиться с проблемами ядерной энергетики, правилами радиационной безопасности, устройством реактора и использованием ионизирующих излучений.

Катастрофа на Чернобыльской АЭС, произошедшая 26 апреля 1986 года по своим масштабам беспрецедентна, а по радиоэкологическим последствиям сравнима лишь с южноуральской.

Еще одним источником загрязнения окружающей среды радиоактивными веществами являются транспортные реакторы на атомоходах и атомных подводных лодках. При их нормальной работе уровень загрязнения невелик, однако и здесь время от времени происходят аварии (аварии американской подводной лодки "Трайдент" в середине 60-х годов и советской подводной лодки "Комсомолец" в 1990 г. лишь наиболее известные из них). Даже при затоплении судна с не разрушенным реактором неизбежна его коррозия в морской воде и рано или поздно радионуклиды попадут в окружающую среду. Та же судьба ожидает и контейнеры с радиоактивными отходами, которые до ноября 1993 г наша страна сбрасывала в окружающие моря – Карское, Японское, Баренцево [Люцко А.М. и др., 1996].

Поступление радиоизотопов в окружающую среду возможно и в результате деятельности промышленных и исследовательских реакторов, а также при утере источников радиоактивного излучения (обычно ¹³⁷Сs или ⁶⁰Со), используемых в различных приборах. Только за 1982-1990 гг. в г. Москве сотрудниками Геоцентра выявлено 765 участков локального радиоактивного загрязнения [Симак С.В. и др., 1998].

В результате последствий радиационных аварий в настоящее время в России более 110 тысяч человек живут на территориях, которые по медицинским нормам должны быть необитаемой зоной [Дубинин, 1994].

Лекция 8: Территории бывшего СССР с повышенной радиоактивной загрязненности среды

1. 
   Радиоактивные загрязнения, вызванные испытаниями ядерного оружия.
   
2. 
   Аварийное радиоактивное загрязнение среды.
   
3. 
   Радиационная обстановка в Ставропольском крае.
   

1. Радиоактивные загрязнения, вызванные испытаниями ядерного оружия.

Наиболее загрязняющие среду испытания атомных зарядов в России (СССР) велись на Семипалатинском полигоне (население прилегающих территорий 803 тыс. чел.), на Новой Земле, в Северном Ледовитом океане (общая площадь 83 тыс. км², арктическая пустыня, тундра).

В нашей стране осуществлено 715 взрывов, в том числе самое большое количество испытаний в атмосфере (215). Большинство этих взрывов проведено на Семипалатинском полигоне, а также на Новой Земле, где были проведены взрывы (особенно водородной бомбы в 1961 г.) самой большой мощности в мире. Радиоактивными цезием, стронцием, плутонием загрязнена тундра побережья Баренцева и Карского морей, крайний Север Западной Сибири. Полигон и прилегающие к островам прибрежные воды и заливы используются и как могильник отработавших реакторов, в том числе первого в мире атомного ледокола «Ленин».

Максимальная активность радиоактивных выпадений регистрировалась в Андерме (Ненецкий округ), превышая фон в 11 тыс. раз. Величина радиоактивности в цепочке на территориях севернее 60° с.ш., «миграция радионуклидов – лишайник – северный олень – человек», превышает фоновую в 10 и более раз.

Помимо ядерных испытаний, в нашей стране проводились георазведочные и промышленные ядерные взрывы (по договору от 28.05.1976) при условии полной экологической безопасности. В СССР в мирных целях было проведено 115 подземных ядерных взрывов, в том числе 89 в России (16 в Западной Сибири, 15 в Астраханской области, 10 в Пермской области и от 2 до 5 в Башкирии, на Северном Кавказе, Мурманской и других областях).



Основой экологической безопасности здесь служила температура в точке взрыва 10⁶°С, ведущая к вплавлению радиоактивных продуктов деления в состав литосферы. Взрывы велись в малообитаемых районах страны. Риску повышенного загрязнения подвергалось незначительное число близлежащих поселков, городов (несколько сотен человек).

Основная часть радионуклидов деления вплавлялась в породу, формируя газоводонепроницаемую емкость. Однако под действием подземных вод, перепадов температур в последующем возможна разгерметизация локальной радиоактивности и ее труднопрогнозируемая миграция. Подобные взрывы признаны нерентабельными, наносящими труднопрогнозируемый ущерб окружающей среде, и в настоящее время не проводятся.
2. Аварийное радиоактивное загрязнение среды.

Потенциальными источниками формирования аномальных антропогенных радиоактивных загрязнений среды являются атомные электростанции мира. За 1956–1990 гг. в нашей стране было построено 12 АЭС с 37 реакторами и 20 исследовательских реакторов.

Таблица 8.1.

АЭС и исследовательские реакторы в России

АЭС (годы ввода в эксплуатацию)	Число реакторов	Местоположение и численность жителей
Балаковская (1985)	3	город-порт Балаково на Волге, 180 тыс. жителей
Белоярская (1980)	1	пос. Заречный Свердловской обл., несколько сотен жителей
Билибинская (1974–1976)	4	пос. Билибино Чукотского автономного округа (горнорудная промышленность), несколько сотен жителей
Калининская (1976)	2	ж-д станция «Удомля». Деревообрабатывающий завод, несколько сотен жителей
Кольская(1974)	4	пос. Полярные Зори Мурманской обл., Горнорудная промышленность, несколько сотен жителей
Курская (1974–1975)	4	пос. Курчатов Курской обл. на реке Сейм, несколько сотен жителей
Ленинградская (1973–1985)	4	г. Сосновый Бор Ленинградской обл., Ма-шиностроительный завод., 53тыс. жителей
Нововоронежская (1971–1980)	3	г. Нововоронеж Воронежской обл., несколько сотен жителей
Смоленская (1985–1990)	3	пос. Десногорск Смоленской обл. несколько сотен жителей
Обнинская (1956)	1	г. Обнинск Калужской обл., 91 тыс. жителей
Томская	5	Томск-7, Томская обл., 107 тыс. жителей
Красноярская	3	Красноярск-26, Красноярская обл., около 90 тыс. жителей
Исследовательские реакторы	9	Москва (Химки, Севастопольский, Сокольнический р-ны)
	3	Санкт-Петербург, г. Сосновый бор, Ленинградской обл.
	1	Обнинск (учебный центр по ядерной энергетике)
	7	г. Димитровград Ульяновской обл., НИИ атомных реакторов, 116 тыс. жителей

Отечественные реакторы по системе защиты были признаны (Лондон, 1960) наиболее безопасными, и до аварии на Чернобыльской АЭС инцидентов на них не происходило. Тем не менее, типовые загрязнения среды даже при нормальном режиме работ неизбежны. Поэтому территории, непосредственно прилегающие к АЭС, реакторам, пунктам захоронений радиоактивных отходов, следует отнести к разряду с повышенной радиоактивностью среды. В последующем это подтвердилось рядом аварий на АЭС в США и Англии (20 аварий за 20 лет), а затем в нашей стране и в Японии.



Состав радиоактивного загрязнения среды на прилегающих к АЭС и исследовательским реакторам территориях тот же, что и при ядерных взрывах, авариях, но при значениях, в сотни раз меньших по сравнению с загрязнениями от испытаний ядерного оружия.

Радиоактивное загрязнение среды в крупных масштабах произошло в результате аварии на военном ядерном центре «Челябинск-40» (или «Маяк») в 1957 г. вследствие теплового взрыва одного из ядерных хранилищ. Радиоактивный выброс (облако) охватил значительную часть Челябинской области (с населением 3548 тыс. чел.) и прилегающие районы Тюменской, Курганской, Свердловской областей. Максимальная длина образовавшегося Восточно-Уральского радиационного следа составила 300 км. Загрязнение среды активностью свыше 0,1 Ки/км² (по стронцию-90, основному радионуклиду взрыва) охватило 23 тыс. км², 217 населенных пунктов с общей численностью населения 270 тыс. чел. Территория с плотностью загрязнения более 2 Ки/км² составила 1000 км² с населением 2,1 тыс. чел. С территорий, загрязненность которых превышала 2 Ки/км² (принятый предел), были переселены 10,2 тыс. чел.

Помимо аварийной загрязненности, на территории района площадью 30–40 км² (санитарно защитная зона междуречья Теча – Мишеляк) было сосредоточено более 200 могильников: с радиоактивностью 4 млн Ки – вплавлены в стекло; с 150 млн Ки – в спецхранилищах и емкостях; с 200 млн. Ки – сброшены в озеро Карачай, Старое Болото, пойму реки Течи (отделенной к настоящему времени от реки дамбой).

Авария на Чернобыльской АЭС, приостановившая развитие ядерной энергетики мира, вследствие «радиационного страха», произошла 26 апреля 1986 г. в ходе эксперимента с недозволенным отключением систем блокировки. Два взрыва вынесли в среду радиоактивность ядерного топлива реактора и продуктов его деления на высоту 600–1200 м. Первичный выброс в виде газов и аэрозолей ¹³⁷Cs (¹³⁴Cs) составил 2*10⁶ Ки, ³Н – 2*10⁷ Ки при незначительной доле других радионуклидов.

Оставшаяся активность сочилась в течение последующих 10 суток, загрязняя среду. Население об этом не оповещалось (сообщалось об управляемости аварией), должные меры защиты приняты не были.

На АЭС в момент взрыва работало 200 чел. и 900 чел. (ночная смена) находились на расстоянии 5 км от аварийного реактора, на строительстве 5-го и 6-го блоков АЭС. В момент взрыва погибли два человека. В течение первых трех дней 399 чел. были отправлены в Москву и Киев с подозрением на острую лучевую болезнь.

Таблица 8.2.

Суммарная активность некоторых радионуклидов, выброшенных в атмосферу ЧАЭС (по литературным данным)

Нуклид	Период полураспада	Суммарная активность выброса, Ки	Доля, % от
			количества в реакторе	суммарной активности выпадений к 1993 г.
l27Cs	30 лет	2,3	31	89,4
134Cs	2 года	1,4	31	4,4
I31J	8 суток	1798	55	-
90Sr	29 лет	0,46	4	1,9

Территориальное распределение радиоактивного загрязнения шло неравномерно. Радиоактивным выпадениям, повысившим радиационный фон не более чем в 5–10 раз за счет короткоживущих изотопов, подверглись территории Польши, Германии (ГДР), Италии, Швейцарии, Франции, Бельгии, Нидерландов. К началу мая аналогичные выпадения регистрировались в Великобритании, Греции, Израиле, Кувейте, Турции. Но наиболее массивным загрязнениям были подвержены 13 областей России, Белоруссии, Украины: Минская, Брестская, Ровненская, Могилевская, Гомельская, Житомирская, Киевская, Черкасская, Черниговская, Брянская, Калужская, Орловская, Тульская. Суммарная площадь районов с загрязнением > 40 Ки/км², потребовавших срочной эвакуации свыше 130 тыс. чел., составила 7000 км² (2000 км² в России). Общая площадь цезий-стронций-плутониевой и короткоживущей йодной радиоактивной загрязненности в России составила 147 тыс. км² с 4270 населенными пунктами и общей численностью населения 3 млн. чел. Треть населения территорий с резко изменившимся составом среды (783 тыс.) – дети. Для дезактивации территорий было снято около 200 тыс. м³ грунта, снесены и захоронены несколько деревень.

Таблица 8.3.

Области России с загрязнением более 1 Ки/км²

Область	Число населенных пунктов	% загрязненных почв области
Белгородская	37	8
Брянская	1177	34
Воронежская	21	1,5
Калужская	338	17
Курская	171	4,4
Ленинградская	44	1
Липецкая	85	8
Орловская	525	40
Рязанская	378	15
Смоленская	47	0,5
Тульская	1447	47

Примечание. Средний уровень современного (глобального) фонового загрязнения среды по ¹³⁷Cs составляет 0,08 Ки/км^:, по Sr– 0,045; плутонию – 0,005 Ки/км².

Наиболее сильно в России пострадали Брянская, Калужская, Тульская области, а также ряд районов Воронежской и Липецкой областей (табл. 2.7).

Критическими радионуклидами загрязнений являются цезий (79,3 % от суммарной радиоактивности среды); стронций (19,8 %) и микровкрапления плутония (0,9 %).

В Белоруссии доля территорий, радиоактивность которых превышала (по данным Международной программы по последствиям чернобыльской аварии) 1 Ки/км², составила 22 % (20 % населения). Общая площадь загрязненности – 80 %. Из зон отселения и отчуждения было срочно эвакуировано 24,7 тыс. чел., 33 лечебно-профилактических учреждения осуществляли экстренное медицинское обслуживание эвакуированных.

На Украине загрязнению подверглось около 30 % территорий. Наиболее пострадавшим, потребовавшим экстренной медицинской помощи, оказалось Полесье. Радиоактивность Овручинского, Ивановского, Полесского районов достигала здесь 40 Ки/км², накапливаемые эквивалентные дозы – 48,6 мЗв/год. Общая численность населения республики, получившего повышенные лучевые нагрузки (по данным 1991 г.), составила 1,53 млн чел.

К локальным, менее значительным территориальным загрязнителям следует отнести ремонтные заводы и базы атомных кораблей, хранилища ядерного оружия и другие объекты. На таких объектах (побережье Северного Ледовитого океана, Мурманская, Архангельская, Ленинградская, Московская, Пермская, Новосибирская, Читинская области и Дальний Восток) были зафиксированы случаи повышения радиоактивности внутри объектов или выявлены участки локального повышения радиоактивности. Однако последствий локальных загрязнений зарегистрировано не было.
3. Радиационная обстановка в Ставропольском крае.

Основными факторами, определяющими радиационную обстановку на территории края, являются:

• 
  естественная радиоактивность;
  
• 
  привнесенная радиоактивность (в виде отходов, образующихся при добыче, транспортировке и переработке нефти и газа, термальных, питьевых и минеральных вод, радиоактивных руд, строительных материалов);
  
• 
  радиационные аварии.
  

Природная радиоактивность территории края определяется преимущественно современными ландшафтами и особенностями геологического строения этой части региона.

Большая часть территории края (90 %) представлена степной ландшафтной зоной с лугово-черноземными и каштановыми типами почв и, в незначительной мере, полупустынной ландшафтной зоной (крайний восток и юго- восток края) с серо- коричневыми почвами и сероземами. Примерно на 8 % территории края мощность экспозиционной дозы гамма-излучения (МЭД ГИ) составляет 10–12 мкР/ч, что характерно для участков развития глинистых толщ майкопской серии, содержащими прослои детрита (костные остатки рыб) с повышенным содержанием урана. Районы с такими значениями уровня гамма-фона находятся в основном в южной и юго-западной частях края (Кочубеевский, Андроповский, Предгорный, Минераловодский и отчасти Шпаковский и Георгиевский районы). Кроме того, аналогичные по величине МЭД ГИ спорадические участки имеют место и в других районах края (Советский, Курской, Левокумский, Нефтекумский, Буденновский, Арзгирский, Ипатовский, Новоалександровский).

На оставшиеся 2 % площади территории края приходятся уровни гамма-фона с МЭД ГИ более 12 мкР/ч. Это связано с развитием магматических пород кислого состава (породы гранитоидного, трахитового и липаритового составов) и приурочены к горным районам и району гор-лакколитов Особо-охраняемого эколого-курортного района Кавказских Минеральных Вод.

В регионе Кавказских Минеральных Вод радиационная обстановка обусловлена суммарным воздействием на окружающую среду природных, природно-техногенных и техногенных факторов.

Природные факторы связаны со своеобразием геологического строения региона и, в первую очередь, выходящими на дневную поверхность 17 разобщенных лакколитообразных тел гранитоидного состава, обладающих повышенным уровнем гамма фона, которые прорывают толщу эоценовых и майкопских отложений. Повышенным уровнем гамма-фона обладают и склоновые отложения вокруг гор-лакколитов, а также травертиновые образования по периметру гор Железной и Машук.

Природно-техногенные факторы связаны с использованием до 60-70 годов высокорадиоактивных гранитоидных материалов из карьеров горы Змейки, Кинжала, Шелудивой. Существенную роль в формировании общего радиационного фона данного региона играют хемогенные отложения минеральных источников – травертины, расположенные по склонам гор-лакколитов, уровень радиоактивности которых варьирует в пределах 30–50 мкР/ч и более.

Техногенные источники повышенной радиационной опасности связаны с газонефтедобывающая отраслью. На территории Нефтекумского, Левокумского, отчасти Буденновского районов находится около 40 газо-нефтяных месторождений. Проливы на грунт водо-нефтяной смеси, размещение пластовых вод в отстойниках и на полях испарения, являющихся по удельной активности слабоактивными жидкими радиоактивными отходами, накопление радиоактивных солей в насосно-компрессорных трубах (НКТ) и другом нефтяном оборудовании, реализация местному населению и организациям радиоактивных труб привела к накоплению в регионе нефтедобычи радиоактивных отходов.

В 2004 году были продолжены комплексные геоэкологические работы на территории нефепромыслов восточного Ставрополья, в том числе и радиационно-экологические исследования на Величаевско-Колодезном месторождении УВС.

В результате проведенных работ установлено, что радиоактивные загрязнения преимущественно связаны с трубами и различными металлоконструкциями из них, а также с почво-грунтами площадок эксплуатируемых скважин, отстойников и полей фильтрации дебалансных вод.

Для утилизации насосно-компрессорных труб в ОАО «Роснефть» и НК «Ставропольнефтегаз» создана специально оборудованная площадка в п. Затеречном, где в настоящее время хранится более 40 тыс. штук насосно-компрессорных труб.

Отсутствие ограничений на реализацию утилизированных насосно-компрессорных труб населению и различным организациям и дальнейшее их использование для строительства различного рода инженерных сетей (водоводы, газоводы и пр.) и строительных конструкций (опоры, элементы детских и спортивных площадок, ограждения и т.п.) являются существенным фактором техногенного радиоактивного воздействия на объекты окружающей среды, а также на население во многих городах и поселках края.

Для нормализации и контроля радиационной обстановки в крае с целью ограничения облучения населения как от природных, так и техногенных (антропогенных) источников ионизирующего излучения необходимо проведение всего комплекса радиационно-экологических исследований по её оценке с привлечением компетентных организаций:

• 
  районирование территории края по степени потенциальной радоноопасности;
  
• 
  радиационно-экологический мониторинг селитебных территорий городов и поселков;
  
• 
  радиационно-экологическое обследование месторождений строительных материалов, месторождений углеводородного сырья.