Александров Ю.А. Основы радиационной экологии

Подождите немного. Документ загружается.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОУ ВПО «МАРИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Ю .А . А л е к с а н д р о в

ОСНОВЫ

РАДИАЦИОННОЙ

ЭКОЛОГИИ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Йошкар-Ола, 2007

ББК 40.1

УДК 631.5

А 46

Ре ц е нз е н т ы :

Т.М. Быченко, канд. биол. наук, доц. Иркутского гос. пед. ун-та;

О.Л. Воскресенская, канд. биол. наук, доц. МарГУ;

В.Н. Самарцев, канд. биол. наук, проф. МарГУ

Рекомендовано к изданию редакционно-издательским советом МарГУ

Александров Ю.А.

А 46 Основы радиационной экологии: Учебное пособие /Мар.

гос. ун-т; Ю.А. Александров. – Йошкар-Ола, 2007. – 268 с.

ISBN 978-5-94808-312-4

Пособие предназначено в качестве дополнительного для студентов биологи-

ческих, экологических и сельскохозяйственных специальностей для изучения

дисциплин «Радиационная экология», «Сельскохозяйственная радиобиология».

Оно соответствует учебной программе, утвержденной УМО по классическому

университетскому образованию Российской Федерации; УМО по зооветеринар-

ным специальностям: 110403 – Ветеринария, 110401 – Зоотехния; УМО по агро-

номическим специальностям: 110305 – Технология производства и переработки

продукции сельского хозяйства, 110203 – Агроэкология, 110201 – Агрономия

(специализации «Экологическое земледелие»).

В нем изложен теоретический материал по радиационной экологии. Оно

включает введение, 4 основных раздела, приложения, список использованной ли-

тературы, краткий терминологический словарь.

ББК 40.1

УДК 631.5

ISBN 978-5-94808-312-4 университет», 2007

Введение

Посвящается 80-летнему юбилею

Василия Алексеевича Киршина

КИРШИН Василий Алексеевич –

лауреат государственной премии СССР,

доктор ветеринарных наук, профессор.

Учебное пособие «Основы радиационной экологии» посвящается

80-летнему юбилею (1928 г.) моего научного руководителя и учителя,

доктора ветеринарных наук, профессора, члена-корреспондента АН Рес-

публики Татарстан, лауреата Государственной премии СССР (1979),

заслуженного деятеля науки Татарской АССР Василия Алексеевича

Киршина.

Киршин В.А. – автор фундаментальных трудов в области патоло-

гии и патогенеза радиационных поражений, обоснования первичности

реакции иммунной системы в развитии лучевого поражения, разработ-

ки средств эффективной противорадиационной защиты, проблем ис-

пользования ионизирующих излучений для повышения продуктивности

животноводства, разработки технологии получения иммунодиаг-

ностикумов и иммунопрепаратов для диагностики и лечения радиаци-

онных воздействий, явления эмбрионального и постэмбрионального

радиационного гормезиса и методов их использования в животноводстве.

Он основал отдел радиобиологии в Казанской государственной ака-

демии ветеринарной медицины, во Всероссийском научно-исследо-

вательском ветеринарном институте (г. Казань).

Созданная В.А. Киршиным Казанская школа ветеринарной радио-

биологии насчитывает двадцать пять докторов и восемьдесят шесть

кандидатов наук.

Он опубликовал более шестисот научных работ, три учебника и пять

учебных пособий, радиобиологический справочник, радиобиологиче-

ский словарь, четыре руководства по защите животных, получил пять-

десят пять авторских свидетельств и шесть патентов на изобретения,

Введение

разработал более ста двадцати рекомендаций и наставлений, утвер-

жденных ГУВ МСХ СССР, России, Белоруссии, Украины, для исполь-

зования в сельскохозяйственном производстве.

В.А. Киршин награжден двумя орденами «Знак Почета», пятью ме-

далями, четырьмя медалями «Отличник высшей школы», почетным

знаком ГО, нагрудным знаком участника ликвидации последствий ава-

рий на Чернобыльской аварии, удостоен звания «Изобретатель СССР».

Он является членом Российского и Белорусского экспертного Совета

по ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС.

Желаем многоуважаемому Василию Алексеевичу Киршину здоро-

вья, благополучия и творческого успеха.

Юрий Александрович Александров (1991 г.) доцент, канд. биол. наук,

зав. кафедрой зоотехнии Маргосуниверситета; Алексей Гаврилович Ма-

хоткин (1982 г.) доцент, канд. вет. наук, заслуженный деятель науки

Марийской АССР (1995 г.), лауреат Государственной премии Республи-

ки Марий Эл (2005 г.).

Введение

В в е д е н и е

Радиоактивность и сопутствующие ей ионизирующие излучения

существовали задолго до зарождения жизни на Земле. Считается, что

ионизирующие излучения сопровождали большой взрыв, с которого,

как мы сейчас полагаем, началось существование нашей Вселенной

около 20 млрд лет назад. С того времени радиация постоянно наполняет

космическое пространство, а радиоактивные материалы вошли в состав

Земли с самого ее рождения. Даже человек слегка радиоактивен, так как

в любой живой ткани присутствуют в следовых количествах ра-

диоактивные вещества. Да и само зарождение жизни на Земле проис-

ходило в присутствии радиационного фона окружающей среды. Ученые

часто дискутируют о том, шло ли развитие жизни наперекор по-

стоянному скрытому патогенному воздействию радиации или же спо-

собность ионизирующих излучений вызывать мутации и послужила ос-

новной причиной непрерывной эволюции биологических видов в

сторону повышения их организации. Однако в настоящее время никто

не сможет с уверенностью сказать, как в действительности обстоит де-

ло. И новое, что создал человек в этом отношении, это лишь допол-

нительная радиационная нагрузка, которой подвергаются люди, на-

пример, во время медицинских рентгенологических исследований, при

полетах в самолетах и космических кораблях, при выпадении радиоак-

тивных осадков, образующихся после испытания ядерного оружия или в

результате работы атомных электростанций.

В результате этого в настоящее время миллионы людей контактиру-

ют с ионизирующими излучениями, загрязняя порой окружающий мир,

а внешняя среда является постоянным источником низко интенсивного

радиационного воздействия на организм человека.

Овладение энергией атомного ядра вовлекло огромные контингенты

людей в сферу контактов с ионизирующим излучением (ИИ), а развитие

ядерной энергетики как составной части научно-технического прогрес-

са, применение ИИ и радиоактивных веществ в биологии, медицине, в

сельском хозяйстве и в других областях расширило эти контакты, уве-

личило риск возможного воздействия на человека ионизирующей ра-

диации. Расширение контактов человечества с ионизирующей радиаци-

ей, как составной частью внешней среды, делает особенно актуальным

изучение их биологического действия и профилактику возможного по-

вреждающего действия его.

Введение

Термин «экология» (от греч. ойкос –

дом, жилище, место обитания и ло-

гос – учение) был предложен в

1866 году немецким биологом-эволюционистом Эрнстом Геккелем. Он

понимал экологию как науку, изучающую взаимоотношения животного

с окружающей средой, как органической, так и неорганической.

В современном понимании, экология – это наука о взаимоотно-

шениях между живыми организмами и средой их обитания. Предмет

экологии – изучение совокупности живых организмов, взаимодейст-

вующих друг с другом и образующих с окружающей средой некое

единство (систему), в пределах которого осуществляется процесс

трансформации энергии и органического вещества. Основная задача

экологии – изучение взаимодействия энергии и материи в экологи-

ческой системе.

Сообщества живых организмов, обитающих на планете, образуют с

окружающей средой экологическую систему, в которой осуществля-

ются трансформация энергии и круговорот веществ. Согласно совре-

менным взглядам, экосистема – это совокупность различных видов рас-

тений, животных и микробов, взаимодействующих друг с другом и с

окружающей средой таким образом, что вся совокупность может су-

ществовать неопределенно долгое время. Другими словами, экосисте-

ма – это структурная и функциональная единица, состоящая из взаи-

модействующих биотических и абиотических компонентов, через кото-

рые проходит поток энергии.

Как наука и учебная дисциплина экология основывается на разных

отраслях биологии (физиологии, радиобиологии, токсикологии, гене-

тике и др.), а также физике, химии, геологии, математике и других не-

биологических науках. С другой стороны, формирование экологии еще

не завершено и часто вопросы, относящиеся к ней, излагают в курсах

биологии, гигиены, географии и др. Тем не менее в составе экологии

выделился ряд в значительной мере самостоятельных направлений,

к числу которых относится и радиационная экология.

На современном этапе развития радиационной экологии главными

ее задачами являются:

1. Продолжение изучения воздействия радиоактивного излучения

на растительные и животные организмы, популяции и экосис-

темы и прогнозирование последствий радиоактивного загрязнения

биосферы.

2. Исследование путей распространения радиоактивных изотопов в

природной среде.

Предмет радиационной

экологии и ее задачи

Введение

3. Разработка безопасных для животных организмов норм ра-

диоактивного загрязнения компонентов природной среды.

4. Изучение выживания и адаптации живых организмов в условиях

хронического облучения радионуклидами.

5. Исследование длительного действия на живые организмы малых

доз радиации и прогнозирование отдаленных последствий такого облу-

чения.

6. Немаловажной задачей радиационной экологии является по-

пуляризация этой науки среди широких слоев общественности, пос-

кольку радиационная опасность осознана пока далеко не всеми.

7. Специалисты в области радиационной экологии должны широко

использовать радиоэкологический мониторинг, т.е. систему наблюю-

дений за изменением состояния окружающей среды под действием ее

радиоактивного загрязнения.

Открытие Вильгельмом Конрадом

Рентгеном в 1895 году Х-лучей, на-

званных впоследствии рентгенов-

скими (рентгеновыми) и сообщение 24 февраля 1896 года на заседании

Французской академии наук профессора Анри Беккереля о том, что со-

единения урана испускают лучи, обладающие свойством ионизировать

воздух, которое затем было названо естественной радиоактивностью,

дало начало развитию ядерной физики и радиационной биологии, эко-

логии.

Открытием А. Беккереля заинтересовались крупнейшие ученые того

времени, среди которых в первую очередь необходимо назвать Марию и

Пьера Кюри, Э. Резерфорда и Ф. Содди. Впоследствии было открыто

много других радиоактивных элементов, но внимание исследователей

сосредоточилось вокруг трех из них – урана, тория и радия. Все это

привело к зарождению совершенно новой науки – ядерной физики, бур-

ное развитие которой началось уже в новом XX веке и привело в конце

концов к созданию управляемых ядерных реакторов и атомного оружия.

Это произошло в сороковых годах прошлого века сначала в США, а за-

тем в Советском Союзе. Таким образом, 40-е годы XX столетия можно

считать началом вступления человечества в атомную эру.

Интенсивные испытания сверхдержавами ядерного и термоядерного

оружия в 50-х – 60-х и быстрое развитие атомной энергетики привело к

выбросам в биосферу огромных масс радиоактивных веществ. К этому

надо добавить загрязнение окружающей среды радионуклидами, вслед-

ствие проводимых взрывов атомных зарядов в мирных целях.

История развития

радиационной экологии

Введение

К другим источникам радиоактивного загрязнения, нарушающим

сложившийся за миллионы лет радиационный фон на нашей планете,

следует отнести добычу и переработку урановых и ториевых руд, про-

изводство ядерного оружия, эксплуатацию ядерных реакторов на кораб-

лях, исследовательские работы в области ядерной физики, а также ис-

пользование радиоизотопов в науке, промышленности, сельском

хозяйстве и медицине.

Перечисленные факторы свидетельствуют о том, что миллионы лю-

дей в мире проживают сейчас в неблагоприятной радиационной обста-

новке, что стало особенно ясно после аварии на Чернобыльской АЭС в

середине восьмидесятых годов, когда произошло весьма значительное

увеличение глобального радиационного фона.

Аварии на ядерных установках и утечки радионуклидов в биосферу

на данном этапе развития цивилизации – явление далеко не редкое. По-

этому каждый сознательный житель планеты должен знать радиацион-

ную обстановку на территории, где он проживает, иметь представление

об основных естественных и искусственных радионуклидах, поражаю-

щих действиях радиоактивных веществ, их физических и химических

свойствах, закономерностях концентрации их в различных сферах ок-

ружающей среды, влиянии на живые организмы, продвижении радио-

изотопов по пищевым цепочкам, методах экспрессной оценки радиоак-

тивности различных объектов и способах защиты от внешнего и

внутреннего радиоактивного облучения.

Названными и многими другими проблемами занимается ра-

диационная экология, которая в настоящее время в виде отдельного

предмета или в виде раздела в других дисциплинах преподается на мно-

гих естественных факультетах и отделениях высших и средних специ-

альных учебных заведений и даже в старших классах некоторых школ.

5 декабря 1995 г. Государственной Думой Российской Федерации

был принят закон «О радиационной безопасности населения». Он наде-

лил органы государственной власти субъектов федерации полномочия-

ми разрабатывать на основе упомянутого федерального закона норма-

тивно-правовые акты субъектов федерации и реализовывать свои

программы в области радиационной безопасности населения.

Начиная с середины 40-х годов XX века, со времени первого испы-

тания атомной бомбы в Аламогордо, сверхдержавами мира было произ-

ведено около 1900 ядерных взрывов в атмосфере, гидросфере и лито-

сфере, которые привели к значительным вспышкам глобального

радиационного фона. К этому надо добавить десятки аварий на реакто-

рах атомных электростанций, боевых кораблей, хранилищах радиоак-

Введение

тивных отходов, на предприятиях, производящих обогащение ядерного

материала.

Вторая половина XX столетия ознаменовалась бурным развитием

энергетики особого типа, основанной на радиоактивном распаде. В на-

стоящее время в мире насчитывается несколько сотен энергетических

установок, работающих на ядерном топливе. Кроме того при крупных

научных центрах, ведущих исследования в области атомного ядра,

функционируют сотни исследовательских реакторов. В дальнейшем, по

мере исчерпания ресурсов горючих полезных ископаемых, этот вид по-

лучения энергии будет приобретать все большее ускорение. Расчеты

показывают, что при современных мировых темпах потребления угле-

водородного сырья разведанных его запасов хватит лишь на 100 лет.

Учитывая молниеносное развитие цивилизации, легко предсказать, что

уже в ближайшем будущем человечество столкнется с проблемой энер-

гетического голода, если выработка электроэнергии будет и впредь ба-

зироваться на сжигании органического топлива. Если прибавить к этому

фактор вредности сжигания каустобиолитов, то станет вполне очевид-

ным, что альтернативным источником энергии на данном этапе разви-

тия человеческого общества могут быть только АЭС. В соответствии с

этим многократно возрастет количество радиоактивных отходов, тре-

бующих надежного захоронения, хранения и вторичной переработки.

Радионуклиды быстрыми темпами проникают в науку и технику.

Уже сейчас сотни тысяч предприятий и учреждений в разных странах

используют в своей повседневной работе источники ядерных излу-

чений. Создаются все новые приборы и установки, принцип работы ко-

торых основан на радиоактивных препаратах. Их применяют в самых

различных отраслях промышленности, сельского хозяйства, в медицине

и космической технике.

Развитие ядерного производства потребовало извлечения из глубин

Земли колоссального количества радиоактивного сырья. За последние

50 лет из земных недр добыты и переработаны многие миллионы тонн

урановых и ториевых руд. Содержание полезного компонента в радио-

активных рудах невелико, вследствие чего после их обогащения остает-

ся огромная масса «пустой» породы, которая может повысить местный

радиационный фон в несколько раз.

Все это поставило людей в совершенно новые условия жизни, когда

использование радиоактивных веществ буквально пронизывает все от-

расли деятельности человека. Связанное с этим повышение местного

радиационного фона во многих регионах планеты, рост числа зон ло-

кального загрязнения окружающей среды нарушают природное равно-

весие, которое сложилось за длительный период, измеряемый в геоло-

Введение

гическом масштабе времени. Уже сейчас средний уровень глобального

загрязнения составляет: по цезию-137 – 0,08 Ки/км

, по стронцию-90 –

0,045 Ки/км

, по плутонию-239 – 0,005 Ки/км

, а мощность гамма-

излучения на высоте 1 м – 10-15 мкР/ч (Булатов, 1996). Загрязнение ра-

дионуклидами биогеоценозов действует на популяции животных, кото-

рые длительно находились в условиях неизменного радиационного фо-

на. Если не поставить заслон безудержному и бесконтрольному

распространению радионуклидов в биосфере, то это приведет к непред-

сказуемым генетическим изменениям в животном и растительном мире

и даже к гибели отдельных видов, а возможно и целых экологических

сообществ.

Требуется качественно новый уровень культуры обращения людей с

материалами, содержащими радионуклиды, ибо от этого будет зависеть

само существование жизни на Земле.

В связи с этим изучение процессов накопления радиоактивных ве-

ществ организмами, их миграции в биосфере, взаимодействия живых

организмов друг с другом и со средой обитания в условиях радиоактив-

ного загрязнения приобретает все большую актуальность. Этими вопро-

сами уже на протяжении полувека занимается одна из отраслей эколо-

гии – радиационная экология.

Зарождение этой науки в нашей стране произошло в конце 20-х го-

дов XX столетия с экспериментов В.И. Вернадского по накоплению ра-

дия живыми организмами. К началу сороко-

вых годов относится публикация научных

работ В.Ф. Натали о влиянии ионизирующе-

го излучения на половую систему рыб. Бур-

ное же становление радиоэкологии относит-

ся к пятидесятым годам, когда было

установлено, что в результате испытаний

атомного оружия биосфера Земли может

быть загрязнена в глобальном масштабе.

Взрывы ядерных устройств над городами

Хиросимой и Нагасаки, военные учения ар-

мий США и СССР, в ходе которых проводи-

лись эксперименты на животных и людях,

аварии на атомных кораблях и элект-

ростанциях, оснащенных атомными реакто-

рами, предоставили исследователям бога-

тейший фактический материал относительно

последствий радиоактивного облучения че-

ловека, животных и растений.

ВЕРНАДСКИЙ

Владимир Иванович

1863-1945