Радиоактивное загрязнение

Введение 

Радиоактивное загрязнение  биосферы это превышение естественного  уровня содержания в окружающей среде  радиоактивных веществ. Оно может  быть вызвано ядерными взрывами и  утечкой радиоактивных компонентов  в результате аварий на АЭС или  других предприятиях, при разработке радиоактивных руд и т.п. При  авариях на АЭС особённо резко  увеличивается загрязнение среды  радионуклидами (стронций-90, цезий-137, церий-141, йод-131, рутений-106 и др.). В настоящее  врёмя, по данным Международного агентства  по атомной энергетике. (МАГАТЭ), число  действующих в мире реакторов  достигло 426 при их суммарной электрической  мощности около 320 ГВт (17% мирового производства электроэнергии). 

Ядерная энергетика, при условии строжайшего выполнения необходимых требований, более или  менее экологически чище по сравнению с теплоэнергетикой, поскольку исключает вредные выбросы в атмосферу (зола, диоксиды, углерода и серы, оксиды азота и др.). Так, во Франции быстрое наращивание мощностей АЭС позволило в последние годы значительно уменьшить выбросы диоксида серы и оксидов азота в секторе энергетики соответственно на 71 и 60% . В Японии для стабилизации энергообеспечения страны намечалось в ближайшие два десятилетия построить около 40 новых АЭС, что удовлетворило бы 43% энергопотребностей. Однако в целом в мире отмечена тенденция сокращения строительства новых АЭС.

Использование атомной  энергии в широких масштабах  приводит к накоплению радиоактивных  отходов. Возникает проблема их захоронения. 
 
 
 
 

1 Источники и характеристика  радиационного загрязнения.

1.1 Характеристика  радиационного загрязнения. 

Научные открытия и  развитие физико-химических технологий в XX в. привели к появлению искусственных источников радиации, представляющих большую потенциальную опасность для человечества и всей биосферы. Этот потенциал на много порядков больше естественного радиационного фона, к которому адаптирована вся живая природа.

Естественный радиационный фон обусловлен рассеянной радиоактивностью земной коры, проникающим космическим  излучением, потреблением с пищей  биогенных радионуклидов и составлял  в недавнем прошлом 8—9 микрорентген в час (мкР/ч), что соответствует среднегодовой эффективной эквивалентной дозе (ЭЭД = НD) для жителя Земли в 2 миллизиверта (мЗв). Рассеянная радиоактивность обусловлена наличием в среде следовых количеств природных радиоизотопов с периодом полураспада (T1/2) более 105 лет (в основном урана и тория), а также 40К, 14С, 226Ra и 222Rn. Газ радон в среднем дает от 30 до 50% естественного фона облучения наземной биоты. Из-за неравномерности распределения источников излучения в земной коре существуют некоторые региональные различия фона и его локальные аномалии.

Указанный уровень  фона был характерен для доиндустриальной эпохи и в настоящее время несколько повышен техногенными источниками радиоактивности — в среднем до 11— 12 мкР/ч при среднегодовой ЭЭД в 2,5 мЗв. Эту прибавку обусловили:

а) технические источники  проникающей радиации (медицинская  диагностическая и терапевтическая  рентгеновская аппаратура, радиационная дефектоскопия, источники сигнальной индикации и т.п.);

б) извлекаемые из недр минералы, топливо и вода;

в) ядерные реакции  в энергетике и ядерно-топливном  цикле;

г) испытания и  применение ядерного оружия. Деятельность человека в несколько раз увеличила  число присутствующих в среде  радионуклидов и на несколько  порядков — их массу на поверхности  планеты.

Главную радиационную опасность представляют запасы ядерного оружия и топлива и радиоактивные  осадки, которые образовались в результате ядерных взрывов или аварий и  утечек в ядерно-топливном цикле  — от добычи и обогащения урановой руды до захоронения отходов. В мире накоплены десятки тысяч тонн расщепляющихся материалов, обладающих колоссальной суммарной активностью.

С 1945 по 1996 г. США, СССР (Россия), Великобритания, Франция и  Китай произвели в надземном  пространстве более 400 ядерных взрывов. В атмосферу поступила большая  масса сотен различных радионуклидов, которые постепенно выпали на всей поверхности планеты. Их глобальное количество почти удвоили ядерные  катастрофы, произошедшие на территории СССР. Долгоживущие радиоизотопы (углерод-14, цезий-137, стронций-90 и др.) и сегодня  продолжают излучать, создавая приблизительно 2%-ю добавку к фону радиации. Последствия  атомных бомбардировок, ядерных  испытаний и аварий еще долго  будут сказываться на здоровье облученных людей и их потомков.

Пока еще трудно говорить о влиянии техногенного превышения естественного фона радиации на биоту биосферы. Мы еще не знаем, как может сказаться на биоте океана разгерметизация затопленных контейнеров с радионуклидами и реакторов затонувших подводных лодок. Во всяком случае, можно предполагать некоторое повышение уровня мутагенеза.

Радиационные загрязнения, связанные с технологически нормальным ядерным топливным циклом, имеют  локальный характер и доступны для  контроля, изоляции и предотвращения эмиссий. Эксплуатация объектов атомной  энергетики сопровождается незначительным радиационным воздействием. Многолетние  систематические измерения и  контроль радиационной обстановки не обнаружили серьезного влияния на состояние  объектов окружающей природной среды. Дозы облучения населения, проживающего в окрестностях АЭС, не превышают 10 мкЗв/год, что в 100 раз меньше установленного допустимого уровня.  
 
 

1.2 ПО «Маяк» 

ПО «Маяк». Самое  крупное из известных сейчас скоплений  радионуклидов находится на Урале, в 70 км к северо-западу от Челябинска на территории производственного объединения  «Маяк». ПО «Маяк» было создано на базе промышленного комплекса, построенного в 1945—1949 гг. Здесь в 1948 г. был пущен первый в стране промышленный атомный реактор, в 1949 г. — первый радиохимический завод, изготовлены первые образцы атомного оружия. В настоящее время в производственную структуру ПО «Маяк» входят ряд производств ядерного цикла, комплекс по захоронению высокоактивных материалов, хранилища и могильники РАО. Многолетняя деятельность ПО «Маяк» привела к накоплению огромного количества радионуклидов и сильному загрязнению районов Челябинской, Свердловской, Курганской и Тюменской областей. В результате сброса отходов радиохимического производства непосредственно в открытую речную систему Обского бассейна через р. Теча (1949—1951 гг.), а также вследствие аварий 1957 и 1967 гг. в окружающую среду было выброшено 23 млн. Ки активности. Радиоактивное загрязнение охватило территорию в 25 тыс. км2 с населением более 500 тыс. человек. Официальные данные о десятках поселков и деревень, подвергшихся загрязнению в результате сбросов радиоактивных отходов в р. Теча, появились только в 1993 г. 

В 1957 г. в результате теплового взрыва емкости с РАО  произошел мощный выброс радионуклидов (церий-144, цирконий-95, стронций-90, цезий-137 и др.) с суммарной активностью 2 млн. Ки. Возник «Восточно-Уральский  радиоактивный след» длиной до 110 км (в результате последующей миграции даже до 400км) и шириной до 35—50 км (рис. 1.1). Общая площадь загрязненной территории, ограниченной изолинией 0,1 Ки/км2 по стронцию-90, составила 23 тыс. км2. Около 10 тыс. человек из 19 населенных пунктов в зоне наиболее сильного загрязнения с большой задержкой были эвакуированы и переселены. 

 Зона радиационного  загрязнения на Южном Урале  расширилась вследствие ветрового  разноса радиоактивных аэрозолей  с пересохшей части технологического водоема № 9 ПО «Маяк» (оз. Карачай) в 1967 г. В настоящее время в этом резервуаре находится около 120 млн Ки активности, преимущественно за счет стронция-90 и цезия-137. Под озером сформировалась линза загрязненных подземных вод объемом около 4 млн м3 и площадью 10 км2. Существует опасность проникновения загрязненных вод в другие водоносные горизонты и выноса радионуклидов в речную сеть.

Зоны загрязнения  с активностью по стронцию-90: 1 - более 50 Ки/км2; 2 - более 5 Ки/км2; 3 - более 0,1 Ки/км2; 4 - более 0,02 Ки/км2 через год после аварии

По данным радиационного  мониторинга, выпадения цезия-137 из атмосферы в районах, расположенных  в зоне влияния ПО «Маяк», в течение 1994г. были в 50—100 раз больше, чем в  среднем по стране. Высоким остается и уро­вень загрязнения местности  цезием-137 в пойме р. Теча. Концентрации стронция-90 в речной воде и в донных отложениях в 100—1000 раз превышают фоновые значения. В каскаде промышленных водоемов в верховьях Течи содержится 350 млн м3 загрязненной воды, являющейся по сути низкоактивными отходами. Суммарная активность твердых и жидких РАО, накопленных в ходе деятельности ПО «Маяк», достигает 1 млрд Ки. Сосредоточение огромного количества РАО, загрязнение поверхностных водоемов, возможность проникновения загрязненных подземных вод в открытую гидрографическую систему Обского бассейна создают исключительно высокую степень радиационного риска на Южном Урале. 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.3 Чернобыль.

 Не только нынешнее, но и последующие поколения  будут помнить Чернобыль и ощущать последствия этой катастрофы. В результате взрывов и пожара при аварии на четвертом энергоблоке ЧАЭС с 26 апреля по 10 мая 1986 г. из разрушенного реактора было выброшено примерно 7,5 т ядерного топлива и продуктов деления с суммарной активностью около 50 млн Ки. По количеству долгоживущих радионуклидов (цезий-137, стронций-90 и др.) этот выброс соответствует 500—600 Хиросимам.

Из-за того, что выброс радионуклидов происходил более 10 суток  при меняющихся метеоусловиях, зона основного за­грязнения имеет веерный, пятнистый характер (рис. 1.2). Кроме 30-километровой зоны, на которую пришлась большая часть выброса, в разных местах в радиусе до 250 км были выявлены участки, где загрязнение достигло 200 Ки/км2. Общая площадь «пятен» с активностью более 40 Ки/км2 составила около 3,5 тыс. км2, где в момент аварии проживало 190 тыс. человек. Всего радиоактивным выбросом ЧАЭС в разной степени было загрязнено 80% территории Белоруссии, вся северная часть Правобережной Украины и 19 областей России. В целом по РФ загрязнение, обусловленное аварией на ЧАЭС, с плотностью 1 Ки/км2 и выше охватывает более 57 тыс. км2, что составляет 1,6% площади ЕТР (табл. 1.1). Уточненные в 1994 г. границы площадей, загрязненных цезием-137, по сравнению с 1993 г. почти не изменились. Следы Чернобыля обнаружены в большинстве стран Европы (табл. 1.2), а также в Японии, на Филиппинах, в Канаде. Катастрофа приобрела глобальный характер.

И сегодня спустя полтора десятилетия после чернобыльской  трагедии существуют противоречивые оценки ее пора­жающего действия и причиненного экономического ущерба. Согласно опубликованным в 2000 г. данным из 860 тыс. человек, участвовавших в ликвидации последствий аварии, более 55 тыс. ликвидаторов умерли, десятки тысяч стали инвалидами. Полмиллиона человек до сих пор проживает на загрязненных территориях.

Точных данных о  количестве облученных и полученных дозах нет. Нет и однозначных  прогнозов о возможных генетиче­ских последствиях. Подтверждается тезис об опасности длительного воздействия на организм малых доз радиации. В районах, подвергшихся радиоактивному заражению, неуклонно растет число онкологических заболеваний, особенно выражен рост заболеваемости раком щитовидной железы детей. 

2 Распространение  радиационного загрязнения.

2.1 Радиоактивное  загрязнение воздушной среды.

Радиоактивные вещества, попадающие в атмосферу при их добыче, и эксплуатации атомных установок  и двигателей, могут представлять опасность. Однако при современном  уровне защитной техники этот Источник радиоактивности незначителен.

 Наибольшее загрязнение  атмосферы радиоактивными веществами  происходит в результате взрывов  атомных и водородных бомб. Каждый  такой взрыв сопровождается образованием  грандиозного облака радиоактивной  пыли. Взрывная волна огромной  силы распространяет ее частицы  во всех направлениях, поднимая  их более чем на 30 км. В первые часы после взрыва осаждаются наиболее крупные частицы, несколько меньшего размера — влечение 5 суток, а мелкодисперсная пыль потоками воздуха переносится на тысячи километров и оседает на поверхности земного шара в течение многих лет. 

2.2 Радиоактивное  загрязнение водной среды.

Основными источниками  радиоактивного загрязнения Мирового океана являются:

-         загрязнения от испытаний ядерного  оружия (в атмосфере до 1963 г.);

-         загрязнения радиоактивными отходами, которые непосредственно сбрасываются  в море;

-         крупномасштабные аварии (ЧАОС, аварии  судов с атомными реакторами);

-         захоронение радиоактивных отходов  на дне и др. (Израиль и др., 1994).

Во время испытания  ядерного оружия, особенно до 1963 г., когда  проводились массовые ядерные взрывы, в атмосферу было выброшено огромное количество радионуклидов. Так, только на арктическом архипелаге Новая Земля было проведено более 130 ядерных взрывов (только в 1958 г. -46 взрывов), из них 87- в атмосфере.

 Отходы от английских  и французских атомных заводов  загрязнили радиоактивными элементами  практически всю Северную Атлантику,  особенно Северное, Норвежское, Гренландское, Баренцево и Белое моря. В загрязнение  радионуклидами акватории Северного  Ледовитого океана некоторый  вклад сделан и нашей страной.  Работа трех подземных атомных  реакторов и радиохимического  завода (производство плутония), а  также остальных производств  в Красноярске-26 привела к загрязнению  одной из самых крупных рек  мира - Енисея (на .протяжении 1 500 км). Очевидно, что эти, радиоактивные продукты уже попали в Северный Ледовитый океан.