Естественный радиационный фон Земли
Источники ионизирующих излучений в биосфере: космическое излучение; излучения естественных радионуклидов, рассеянных в воздухе, воде, почве, земной коре и других объектах окружающей среды; излучения от радионуклидов, образовавшихся при испытаниях ядерного оружия, поступающих в окружающую среду при нештатных режимах работы предприятий и учреждений, в которых обращаются радиоактивные вещества, а также при удалении, сборе, хранении, переработке и захоронении радиоактивных отходов теми же предприятиями [25-29].
Космическое излучение состоит, в основном, из протонов высоких энергий, приходящих из межзвёздного пространства; солнечного космического излучения, обусловленного солнечными вспышками, при которых возникают излучения в области УФ – и рентгеновского спектров, а также испускаются заряженные частицы, в основном, протоны и альфа-частицы; вторичное космическое излучение, образующееся в результате взаимодействия космического излучения с ядрами атомов воздуха (нейтроны, протоны, мезоны, электроны и т.п.).
Суммарная годовая эффективная эквивалентная доза космического излучения на уровне моря составляет 0,3 мЗв, при этом на ионизирующий компонент приходится 93 % дозы, на нейтронный – 7 %.
Ионизирующие излучения естественных радионуклидов. Их в биосфере содержится более 60, они подразделяются на космогенные и первичные.
|
|
|
Космогенные радионуклиды образуются в атмосфере и поступают на поверхность Земли с осадками (Ве-7, Na-22 и др.), их вклад (в виде гамма-излучения) в суммарную дозу излучения незначителен (~в 200 раз меньше вклада первичных радионуклидов).
Первичные радионуклиды делятся на радионуклиды уранового и ториевого семейств и радионуклиды вне этих семейств. Главные источники гамма-излучений первой группы: торий-228, астатий-228, свинец-214 и висмут-214. Средняя годовая эквивалентная доза первичных радионуклидов составляет ~ 0,39 мЗв. Это – за счёт внешнего облучения: от радионуклидов, находящихся во внешней (по отношению к человеку) среде. Поступая внутрь организма с воздухом, пищей и водой, радионуклиды вызывают внутреннее облучение. Установлено, что внутренее облучение человека за счёт всех естественных радионуклидов составляет ~ 1,3 мЗв, из которых ~ 1 мЗв приходится на радон-222.
Радиационное загрязнение биосферы
Одной из составляющихрадиационного загрязнения биосферы
является технологически изменённый естественный радиационный фон – за счёт поступления в природную среду естественных радионуклидов, извлекаемых из глубин земли вместе с углём, газом, нефтью, минеральными удобрениями, строительными материалами и др. К нему также относят: дополнительное облучение при полётах в самолётах; радионуклиды радий-226, прометий-147, тритий, используемые для светосоставов постоянного действия, цветные телевизоры и другие устройства, содержащие радионуклиды или излучающие рентгеновское излучение; радионуклид Ро-210, используемый для снятия статического электрического заряда в некоторых производствах; некоторые пожарные дымовые детекторы; керамическую и стеклянную посуду, содержащую уран и торий и др.
|
|
|
Ряд радионуклидов содержится в сжигаемых углях. Удельная активность угольной золы достигает следующих величин, Бк/кг: 265 – 40К, 200 – 238U, 240 - 226Ra, 930 - 210Pb, 1700 – 210Ро и т.д. Индивидуальная средняя годовая доза облучения в районе ТЭС мощностью 1 млн.кВт (район радиусом 20 км) может достигать 0,005 Зв. Эта доза зависит от зольности угля и эффективности очистки дымовых газов от твёрдых частиц (летучей золы).
Значительное количество радионуклидов содержится в удобрениях, применяемых в сельском хозяйстве. После внесения удобрений в почву радионуклиды по пищевым цепям поступают в живые организмы. Так, тройной суперфосфат (производства США) имеет удельную активность, Бк/кг: 2100 – 238U, 1800 – 230Th, 780 - 226Ra, азотно-фосфорно-калиевые удобрения (Бельгия): 470 – 238U, 210 - 226Ra, 5900 – 40К.
|
|
|
Предметы широкого потребления – дополнительные источники облучения человека. Так, часы с циферблатом, содержащим радий – 226, создают мощность дозы 0,074 мкГр/ч, цветной телевизор - 0,003 мкГр/ч (на расстоянии 2,5 м от экрана).
Огромное количество радионуклидов поступило в биосферу при испытаниях ядерного оружия в 1945-1980гг. Установлено, что основной вклад в ожидаемую эффективную эквивалентную дозу вносят 21 радионуклид, образовавшихся при испытаниях: 14С, 137Cs, 95Zr, 106Ru, 90Sr, 144Cl, 3H, 131I и др. Полная ожидаемая доза от всех этих радионуклидов составляет 4 мЗв.
Радиоактивные вещества поступают в биосферу на всех стадиях ядерно-топливного цикла (ЯТЦ): добыча и переработка урановых и ториевых руд, обогащение урана изотопом U-235, изготовление тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов), получение энергии в ядерных реакторах, переработка отработавшего ядерного топлива, переработка, хранение и захоронение радиоактивных отходов - на всех стадиях необходима транспортировка радиоактивных материалов.
Основные источники потенциальной ядерной опасности – ядерные реакторы. Несмотря на очень высокие требования по безопасной экс-плуатации ядерных реакторов, количество нарушений правил эксплу-атации весьма высоко, и целый ряд таких нарушений привёл к авариям с катастрофическими последствиями для биосферы: взрыв на предприятии «Маяк» на Северном Урале (1957 г.), аварии на Ленинградской АЭС (1974-1975 гг.), пожар на Белоярской АЭС (1978 г.), катастрофа на Чернобыльской АЭС (1986 г.), при которой выброс радиоактивных веществ составил более 1015 Бк по 131I, авария на Сибирском химическом комбинате (1993 г.). Аналогичные аварии происходили и в зарубежных странах: Тримайл –Айленд, США, 1979 г., выброс до 5×1013 Бк; Виндскейл, Великобритания, 1957 г., выброс до 5×1014 Бк. Аварии и катастрофы на ядерных объектах – основной аргумент противников развития ядерной энергетики.
|
|
|
При добыче ураносодержащей руды образуются газообразные, жидкие и твёрдые радиоактивные отходы (РАО). Газообразные – в основном за счёт радона-222, до 8×109 Бк на 1 т добытой руды. Жидкие отходы определяются шахтными водами, образующимися при дренаже, и водой для технологических целей. Твёрдые отходы – горная порода и руды с низким содержанием урана.
Руда обогащается в процессах грохочения, дробления, измельчения и перевода в растворимый в воде диоксид урана UО2. Отходы обогащения в виде суспензии с 50 % -ой, твёрдой фракцией содержат радий и его дочерние радионуклиды, причём до 85 % активности содержится в илистой фракции. Хвостохранилища - источник радиоактивных выбросов и долговременного облучения населения. Облучение можно ограничить, покрыв отвалы, например, асфальтом.
После обогащения урановый концентрат перерабатывают на химических и аффинажно-металлургических заводах с целью извлечения урана и очитски его от примесей. При этом образуются газообразные и жидкие отходы (альфа- и бета-излучатели), но доза облучения от них намного меньше, чем на других стадиях ЯТЦ. Обогащённый уран (в виде оксида урана) – исходное сырьё для производства ядерного топлива в виде таблеток массой до 15 г. Последние размещаются в оболочках из термостойких сплавов. Это – тепловыделяющие элементы. ТВЭЛами загружают активную зону (ядерную «топку») ядерного реактора. Безопасность работы реактора обеспечивается регулированием цепной реакции, охлаждением активной зоны и радиационной защитой.
Регулирование цепной реакции осуществляется путём погружения в активную зону стержней из материалов, поглощающих нейтроны (графит, бор, кадмий).
В активной зоне реактор выделяет огромное количество тепла, отводимого теплоносителем (вода, газ, жидкие металлы) на производство пара. Прекращение подачи теплоносителя в активную зону может привести к расплавлению топлива и серьёзной аварии. В конструкции реакторов предусмотрены решения, исключающие нарушения подачи теплоносителя. Реактор снабжается также аварийным запасом воды для аварийного охлаждения.
По мере работы реактора в топливе накапливаются высокоактивные продукты деления. Для защиты персонала активная зона реактора и коммуникации выгрузки отработанного топлива окружены мощным защитным экраном, имеется также система радиоактивных выбросов в штатных и аварийных режимах.
Современные реакторы разделяются на два основных типа: на тепловых нейтронах и на быстрых нейтронах.
Реакторы первого типа: водо-водяные (ВВЭР), паро-водяные (ПВР), водо-графитовые (ВГР, РБМК), графито-газовые (ГГР). В них тепло-носитель – вода (пар) или газ (гелий, углекислый газ), замедлитель – вода или графит, топливо – таблетки оксида урана – 238, слабообогащённого ураном-235, способным на самопроизвольную цепную реакцию. Теплоноситель прокачивается через активную зону (первый контур) и полученное в ней тепло передаёт на парогенератор (второй контур). Из него пар подаётся на турбину электрогенератора.
В реакторах второго типа теплоноситель – жидкий натрий, он прокачивается через активную зону и отводит тепло в теплообменник, в котором отдаёт тепло натрию второго контура. Натрий второго контура проходит в парогенератор, испаряя воду третьего контура, пар поступает в турбину электрогенератора. Топливо – уран, обеднённый ураном – 235 (практически чистый уран-238), не «работающий» в тепловых реакторах.
При работе АЭС образуются РАО, часть которых поступает в окружающую среду, поскольку системы очистки не дают 100 %-го эффекта.
Газообразные РАО: радиоактивные благородные газы (РБГ), например, около десяти радионуклидов Кr и Хе – продуктов деления, 41Ar – продукт нейтронной активации 40Ar, содежащегося в воздухе и в теплоносителе. Более 50 биологически значимых радионуклидов содержится в аэрозольных выбросах АЭС.
Жидкие РАО: пульпа ионо-обменных смол, фильтроматериалы, кубовые остатки выпарных аппаратов, в которые поступает загрязнённая радионуклидами вода при эксплуатации или ремонте реактора, дебалансные воды, активность которых создаётся в основном за счёт трития, т.к. система очистки не позволяет извлекать тяжёлую воду из воды.
Твёрдые РАО: отвердённые жидкие концентрированные РАО, детали оборудования реактора, снятые с эксплуатации, отработавшие материалы.
Доза облучения населения зависит от времени, расстояния и типа реактора. Например, расчётная индивидуальная средняя эффективная эквивалентная годовая доза облучения населения от газоаэрозольных выбросов составляет на расстоянии 10 и 100 км соответственно: для РБМК – 0,0013 и 0,0000135 мЗв/ГВт; для ВВЭР – 0,000079 и 0,0000036 мЗв/ГВт.
Значимый вклад в загрязнение биосферы вносят долгоживущие радионуклиды 3Н, 14С, 35Kr, 90Sr, 106Ru, 129I, 134Cs, 137Cs и изотопы трансурановых элементов, присутствующие в выбросах и сбросах заводов по переработке облучённого ядерного топлива. Такой завод, перерабатывающий 1500 тонн отработанного топлива, создаёт на расстоянии до 100 км индивидуальную годовую эффективную эквивалентную дозу до 0,25 мЗв. Кроме того, в окружающую среду могут поступать отходы кислот, химреагентов для обработки жидких РАО, органических растворителей, могущие отравить грунтовые воды на больших территориях.
На конечной стадии ЯТЦ производится захоронение высокоак-тивных РАО. До сих пор не определены оптимальные способы захо-ронений. Есть проекты захоронений в глубоких подземных выработках, например, в соляных шахтах, в герметичных ёмкостях глубоко под землёй или на дне океана и т.д. – каждый способ имеет свои недостатки, создающие угрозу глобального загрязнения в будущем. Оптимистические оценки лучших вариантов, например, отвердение отходов с последующим захоронением в геологически стабильных районах, показывают, что заметные количества радиоактивных веществ достигнут биосферы через 105…106 лет.
Облучение человека при медицинских обследованиях и радиа-ционной терапии превышает воздействие всех других искусственных источников. Дозы облучения создаются при рентгеновской диагностике человека и диагностике состояния отдельных органов с помощью радиоактивных фармацевтических препаратов, а также при радиотерапии с использованием радиоактивных источников (кобальт-60, цезий-137), бетатронов, линейных ускорителей и радиофармпрепаратов.
Максимальная средняя годовая доза от рентгенодиагностических процедур приходится на костный мозг, желудочно-кишечный тракт и всё тело: 1310, 860 и 1386 мкГр, в то же время средняя эффективная экви-валентная годовая доза облучения человека, проживающего в районе с “нормальным” природным радиационным фоном, составляет 2000 мкЗв.
При радиотерапии поглощённые дозы составляют 20…60 Гр за несколько сеансов.
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 299; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!