Радіонукліди штучного походження
Штучні радіонукліди не властиві біосфері, вони з'явилися лише із середини XX ст. у результаті розвитку ядерних технологій військового й цивільного застосування.
Радіоактивні речовини, які утворюються в результаті ядерного вибуху, представлені в основному продуктами розподілу урану-238 і плутонію-239, що не вигоріли ядерним паливом і матеріалами з наведеною активністю.
Залежно від часу, що пройшов з моменту вибуху до осідання часток на земну поверхню, радіоактивні випадання діляться на три види.
1. Ближні, або локальні випадання представлені відносно великими (більше 100 мкм.) частками, що осідають на землю переважно під дією сили ваги. Локальні випадання починаються відразу після вибуху й тривають протягом наступних 12 діб, охоплюючи в міру переносу радіоактивної хмари вітром усе більш велику територію. У результаті локальних випадань на земній поверхні утворюється радіоактивний слід шириною в кілька десятків і довжиною в кілька сотень кілометрів. Великі частки, що осідають під дією сили ваги, попадають безпосередньо на земну поверхню, у т.ч. на рослинність і тварин, обумовлюючи їхнє поверхневе забруднення. Вважається, що при наземних ядерних вибухах мегатонної потужності на ближні випадання доводиться до 80 %, а при атмосферних близько 10 %.
2. Проміжні, або тропосферні випадання представлені дрібними частками (кілька мікрометрів і менш). Ці частки формуються в тропосфері, нижче тропопаузи, на висоті 1116 км. Період напіввиведення цих часток із тропосфери становить 2030 доби. На тропосферні випадання при наземних вибухах мегатонної потужності доводиться 5%.
|
|
|
3. Глобальні, або стратосферні випадання складаються із часток від декількох сотих до десятих часток мікрометра, що закидаються в стратосферу на висоту 1030 км. Звідти вони переносяться в тропосферу струминними плинами й циклональними вихрами або з повітряними масами через розриви в тропопаузі. У помірних широтах глобальні випадання з атмосферними опадами (вологі випадання) становлять 6070 % загальної суми радіоактивних випадань, інша їхня частина (3040 %) представлена сухими випаданнями. Глобальні випадання розподіляються по всій поверхні земної кулі.
Із глобальних випадань у водяний розчин переходить близько 50 % загальної кількості радіонуклідів, у водонерозчинній формі надходить до 95 % стронцію-90 і до 70 % цезію-137, у розчинній формі 30 % церію-144 і 40 % цирконію-95. З локальних і тропосферних випадань від атмосферних вибухів, представлених частками величиною до 20 мкм., у воді розчиняється до 30 % (в основному це радіонукліди йоду, цезію, стронцію, барію). [3, 22]
Кількість радіоактивних ізотопів, утворених при ядерних вибухах, що включаються в харчові ланцюжки, визначається не тільки тим, скільки їх випало з повітря, але також структурою екосистеми й особливостями біогеохімічних циклів. У цілому в малопродуктивних місцеперебуваннях значна частка опадів включається в харчові ланцюжки. В екосистемах з високою продуктивністю інтенсивність обміну речовин і більшою сорбуючою ємністю ґрунту або донних відкладень забезпечують таке розведення опадів, що в рослини вони попадають у відносно невеликій кількості. Радіоактивні опади (особливо стронцій-90 і цезій-137) доходять по харчовому ланцюжку до людини, але їхній зміст у тканинах організму людини ніколи не буває таким високим, як у тканинах тварин.
|
|
|
У результаті роботи реактора накопичуються продукти розподілу ядерного палива, продукти нейтронної активації й залишки вигорілого палива. Продукти розподілу утворюються переважно всередині тепловиділяючих елементів і там залишаються, вихід за межі оболонки цих об¢єктів мізерно малий для всіх радіонуклідів, крім тритію (через оболонки з нержавіючої сталі проникає близько 80 % тритію). До складу продуктів розподілу входять також інертні гази, летучі й нелетучі речовини. Всі вони є бета- і гамма-випромінювачами й мають періоди напіврозпаду від часток секунди так десятків років. Серед продуктів нейтронної активації також присутні радіонукліди різної сполуки й тривалості життя. Відпрацьовані тепловиділяючі об¢єкти витримують на території АЕС у спеціальних басейнах витримки для розпаду короткоживучих радіонуклідів, а потім відправляють на радіохімічні заводи для переробки. [24, 157]
|
|
|
При нормальній роботі АЕС надходження радіонуклідів у зовнішнє середовище не значне. Забруднення навколишнього середовища в результаті роботи радіохімічних заводів набагато серйозніше. Значний внесок у глобальне забруднення біосфери підприємствами ядерного паливного циклу (ЯТЦ) вносять вуглець-14, криптон-тритій і йод-129. Інші довгоживучі негазоподібні радіонукліди (стронцій-цезій-137, ізотопи трансуранових елементів), що надходять у навколишнє середовище з викидами підприємств ЯТЦ, розсіюються на обмеженій території, тобто створюють локальне забруднення.
Крім «планових» викидів, джерелом радіоактивного забруднення навколишнього середовища є аварії на ядерних реакторах. Основну небезпеку при цьому представляють продукти розподілу й нейтронної активації, що нагромадилися в активній зоні реактора. Умовою їхнього збереження усередині тепловиділяючих об¢єктів (твелів) є герметичність і достатнє охолодження твелів і кожуха. Перегрів палива й оплавлення активної зони реактора можуть відбутися лише в тому випадку, якщо кількість теплової енергії, виділюваної в процесі ядерної реакції, перевищить величину, яка знімається теплоносієм. Тоді теплоносій переходить у пару, що разом із хмарою газоподібних продуктів розподілу може привести до надлишкового тиску й вибуху. При руйнуванні захисного ковпака продукти розподілу й нейтронної активації разом з невигорілим паливом надійдуть у зовнішнє середовище й викличуть радіоактивне антропогенне забруднення природними радіонуклідами (торій-232, уран-238, 1-235, продукти їхнього розпаду, а також ка-40) може виникнути при витягу й переробці багатьох корисних копалин. У результаті цих процесів у біосфері зберігаються локальні ділянки з концентрацією радіонуклідів, які істотно перевищують природний радіоактивний фон. Такі ділянки відносять до розряду малоактивних забруднень. Однак участь у них довгоживучих природних радіонуклідів з дуже великим періодом напіврозпаду робить забруднення подібного роду небезпечними, оскільки вони можуть існувати практично нескінченно.
|
|
|
Подібна аномалія є постійним джерелом високоенергетичних короткоживучих радіонуклідів, серед яких особливу небезпеку представляють газоподібні ізотопи радію. Всі підприємства ядерного паливного циклу служать джерелами надходження радіонуклідів у навколишнє середовище, як у процесі виробництва, так і при їхньому зберіганні й похованні. Але основна кількість радіонуклідів надходить в атмосферу в процесі видобутку й переробки уранової руди, поділу ізотопів урану й виробництва ядерного палива. Локальне (у деяких випадках і глобальне) забруднення біосфери важкими природними радіонуклідами відбувається головним чином на першому етапі в процесі видобутку й переробки уранової руди. І хоча тут частка радіоактивного забруднення навколишнього середовища не перевищує 0,04 % забруднення, що дає повний ЯТЦ, саме видобуток і переробка радіоактивної сировини роблять загальний забруднюючий вплив на навколишнє середовище, з огляду на високу територіальну концентрацію виробництва.
Природні радіонукліди
Основним джерелом природних радіонуклідів у біосфері є видобуток, переробка й використання фосфатних добрив. Осадові фосфатні руди характеризуються високою концентрацією урану-238 і радіонуклідів його сімейства із середньою концентрацією 1500 Бк/кг і значно більше низькою концентрацією радіонуклідів сімейства торія-232. Залежно від типу вихідної сировини й технологічних особливостей його переробки в добриво можуть переходити практично весь уран-238 і певна частина радію-226, торія-228, торія-230, свинцю-210 і полонію-210. Концентрація цих радіонуклідів у всіх видах фосфорних добрив незалежно від розроблювальних родовищ трохи вище, ніж в орних ґрунтах. При виготовленні добрив концентрація радію-226 знижується майже у всіх видах продукції, одержуваної з фосфатної сировини, і, навпроти, концентрація урану-238, торія-232 і торія-228 збільшуються в подвійному суперфосфаті, амофосі й діамофосі, але не більш ніж у два рази.
Концентрація калію-40 у калійних добривах приблизно в десять разів перевищує його концентрацію в ґрунті. Зміст радіонуклідів уранового ряду у фосфоромістячих добривах різних країн світу варіюється в межах 702400 Бк/кг, а концентрація радіонуклідів торієвого ряду не перевищує 70 Бк/кг. У деяких країнах (США, Франція, Тайвань, Росія) відзначається збільшення змісту природних радіонуклідів в орних ґрунтах за рахунок тривалого використання фосфорних добрив.
Існує кілька шляхів впливу на людину природних радіонуклідів, що втримуються в добривах, але основним з них є внутрішнє опромінення, обумовлене споживанням сільськогосподарської продукції. І хоча за даними Наукового комітету ООН по дії атомної радіації, відносний внесок у додаткову дозу опромінення живих організмів від застосування добрив дуже малий і не перевищує 0,01 % сумарного природного радіоактивного фону, це не повинно виявитися причиною недооцінки зазначеного фактора у зв'язку з швидкоростучими темпами хімізації сільського господарства. [24, 159]
Систематичне застосування добрив приводить до збільшення концентрації природних радіонуклідів і у водоймах (воді, донних відкладеннях, водних організмах). Це обумовлено виносом природних радіонуклідів з водозбірних територій, що вдобрюються, як у розчиненому виді (з поверхневим і дренажним стоком), так і в нерозчиненому виді в результаті ерозії ґрунту.
Однією із причин підвищення радіоактивного фону в деяких районах є використання більш радіоактивних у порівнянні із ґрунтом геологічних порід як будівельного матеріалу (наприклад при підвищеному змісті урану-238, торія-232 і калію-40 у таких традиційних будівельних матеріалах, як будівельний камінь, пісок, гравій і ін. або матеріалах, зроблених з використанням промислових відходів).
Техногенне джерело збільшення природного радіоактивного фону дає більший внесок у дозу опромінення населення, ніж використання добрив або викиди природних радіонуклідів з летучою золою ТЕС.
В останню чверть XX ст. у десятки разів зросло споживання енергетичної сировини (вугілля, нафта, газ, торф), що супроводжується переміщенням на земну поверхню великої кількості деяких хімічних елементів, у тому числі радіологічно-значимих природних радіонуклідів. Близько 70 % вугілля, що добувається у світі, спалюється на ТЕС і приблизно 20 % у коксових печах. Концентрація природних радіонуклідів у природному куті, як правило, невисока й звичайно нижча, ніж у ґрунті. При спалюванні вугілля на ТЕС при температурі близько 1700 °С вуглець органічних сполук окисляється до чадного й вуглекислого газу, а мінеральні компоненти перетворюються в склоподібні частки золи. Частина важкої золи з неповністю згорілими органічними речовинами осідає на дно, створюючи так звану подову золу й шлаки. Більше дрібні частки становлять летучу золу й з потоками газів попадають в атмосферу. Кількість зольних викидів у середньому становить: на ТЕС США 8 % загальної кількості золи, Франції — близько 1 %, Італії — 5 %, Польщі — 20 %, Індії — 10 %, Росії — 10%. Найбільш дрібна фракція викидів частки золи субмікронного рівня. Саме такі частки максимально збагачені мікроелементами, у тому числі природними радіонуклідами. Ізотопи торія й калію плавляться, перемішуються з алюмосилікатними масами й входять у матриці твердих часток незалежно від їхнього розміру. Ізотопи урану утягуються в обидва ці процесів. Та частина урану, що входить у глинисті й інші мінерали, плавиться й залишається в складі осклованих часток золи, уран, пов'язаний з органічною речовиною, улетучивається, а потім конденсується на частках летучої золи у вигляді оксиду. Радій-226 як продукт розпаду урану-238 поводиться аналогічно. Радій-228 як продукт розпаду торія-232 в основному входить у матрицю летучої золи. [24, 165-168]
Викиди летучої золи можуть забрудни ґрунт у радіусі декількох десятків кілометрів від ТЕС. Так, у пробах льоду на відстані 150 км від промислового центра за 11 років спостерігалося 50-кратне збільшення концентрації радію-226. У верхньому шарі ґрунту (05 см.) воно було істотно вище, ніж у нижньому (510 см.). Навколо сучасної ТЕС із хорошою системою газоочищення радіоактивне забруднення ґрунту мізерно мале.
Крім того, природні радіонукліди, надходять у навколишнє середовище при спалюванні вугілля в результаті опалювання приватних будинків, а також застосування вугільної золи у виробництві цементу й бетону як наповнювача для дорожніх покриттів і добрива в сільському господарстві. По даним НКДАР ООН, при опаленні приватних будинків спалюється лише 10 % виробленого у світі вугілля, однак за рахунок малої висоти димарів і відсутності систем золовловлення внесок цього джерела в сумарний викид природних радіонуклідів у навколишнє середовище еквівалентний внеску викидів ТЕС.
Негативний вплив підприємств вугільного циклу на населення по своїх масштабах і різноманіттю може перевершувати вплив ЯТЦ. Крім постійних викидів в атмосферу продуктів згоряння вугілля, ще одним важливим фактором є великий об'єм відходів, утилізація й зберігання яких також може приводити до забруднення навколишнього середовища. З 1920-х рр. відомо, що пластові води нафтових і газових покладів, особливо в зоні водовуглецевого контакту, відрізняються підвищеним змістом природних радіонуклідів. Радіоактивність таких вод обумовлена насамперед високою концентрацією радію-226, зміст якого в 1001000 разів перевищує природний радіоактивний фон (вони навіть використовувалися для промислового витягу радію). Розлив радіоактивних вод навколо шпар приводить до забруднення ґрунту в районі промислу.
Дата добавления: 2019-09-02; просмотров: 237; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!