Александров Ю.А. Основы радиационной экологии

Подождите немного. Документ загружается.

2.3. Искусственные источники ионизирующих излучений и их характеристика

2.3.5. Полигоны для испытания ядерного оружия

Официально известны четыре ядерных полигона, принадлежащие

сверхдержавам: Невада (США, Великобритания), Новая Земля (Россия),

Моруроа (Франция), Лобнор (Китай). Кроме того, в СССР интенсивно

использовался Семипалатинский полигон, который в настоящее время

не функционирует. Именно в этих пунктах произведена основная масса

испытательных взрывов ядерных и термоядерных зарядов. Их насчитыва-

ется 2077 (по другим источникам – 1900), из которых 1090 принадлежит

США, 715 – СССР, 190 – Франции, 42 – Великобритании, 40 – Китаю.

Полигон на Новой Земле был открыт для испытаний атомного ору-

жия в 1954 году. Первое испытание бомбы под водой было проведено в

губе Черной 25 сентября 1955 года. В 1961 г. осуществлен взрыв водо-

родной бомбы мощностью 58 мегатонн тротила. Пик испытаний при-

шелся на 1962-63 годы. Всего произведено около 200 взрывов.

Семипалатинский полигон расположен в 120 км от г. Семипала-

тинска, в 60 км от р. Иртыш. Здесь проведено первое испытание атом-

ной бомбы 29 августа 1949 года, а в 1954 г. испытан термоядерный за-

ряд. За время действия полигона (до 1989 г.) в реки Иртыш и Ишим

попало несколько миллионов кюри активности. При наземных и воз-

душных взрывах продукты распада через атмосферу перемещались на

огромные расстояния и выпадали на поверхность Земли в виде ра-

диоактивных осадков. Значительная часть ядерных материалов под-

нялась в стратосферу на высоту до 50 км и оттуда постепенно в течение

ряда лет осаждалась на континенты и океаны всей планеты.

В результате испытаний ядерного оружия в окружающую среду вы-

брошено около 30 млн Ки цезия-137 и 20 млн Ки стронция-90. В 60-е

годы в биосферу попало около 5 тонн плутония-239. Все это привело к

мощной вспышке глобального радиационного фона. В настоящее время

большая часть радионуклидов, выброшенных в атмосферу в результате

ядерных испытаний, осела на поверхность Земли и смыта в океаны.

Трагедия ядерных полигонов заключается не только в том, что об-

ширные территории превращены атомными взрывами в «мертвые зо-

ны», которые в обозримом будущем не могут быть обустроены чело-

веком. Площади полигонов часто используются как пункты захороне-

ния радиоактивных отходов. Особенно это касается архипелага Новая

Земля, который вместе с прилегающими акваториями Северного Ле-

довитого океана превращен в гигантский могильник отработанных ре-

акторов и других частей атомных кораблей. У Новой Земли затоплены

многие тысячи контейнеров с жидкими и твердыми радиоактивными

отходами и компонентами отработанных ядерных устройств.

Р а з д е л 2 ИСТОЧНИКИ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ И ЗАГРЯЗНЕНИЙ

ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ РАДИОАКТИВНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ

2.3.6. Ядерные взрывы в мирных целях

Ядерные взрывы производились не только на всем известных по-

лигонах. Существовало более сотни других испытательных пунктов, ин-

формация о которых в последние годы все больше проникает в литера-

туру. Наиболее достоверные сведения содержатся в книге коллектива

авторов, многие из которых были участниками рассматриваемых со-

бытий («Мирные ядерные взрывы»). В СССР существовала Программа

№ 7 «Ядерные взрывы для народного хозяйства». Начало ее реализации

относится к 1965 году. В рамках этой программы в СССР с 1965 по

1988 годы было проведено 124 промышленных ядерных взрыва

(рис. 21) с подрывом 135 зарядов. Из них 130 зарядов взорваны в сква-

жинах, 4 – в штольнях и один заряд – в шахте. Из общего количества

мирных ядерных взрывов 80 были проведены на территории Российской

Федерации, 39 – на территории Казахстана, по 2 взрыва – на Украине и

в Узбекистане и один – в Туркменистане. Многие из этих испытатель-

ных пунктов использовались многократно, являясь, по сути дела, испы-

тательными полигонами. К примеру, на площадке «Азгир» было произ-

ведено 17 подземных ядерных взрывов, на площадке «Вега» – 14, на

площадке «Лира» – 6.

2.3.7. Ядерные реакторы исследовательского типа

Наряду с производственными реакторами, вырабатывающими

электроэнергию и производящими оружейный плутоний, имеются ис-

следовательские ядерные установки. В России они расположены вблизи

крупных научных центров, занимающихся вопросами ядерной физики:

в Москве, Санкт-Петербурге, Томске, Обнинске, Арзамасе-16, Челябин-

ске-40 и других городах. Многие из этих научных учреждений имеют

собственные хранилища радиоактивных отходов.

2.3.8. Загрязнение морей атомными кораблями

Одной из трудно решаемых проблем атомного флота являются

жидкие радиоактивные отходы – отработанная вода, используемая для

охлаждения реакторов. Ее просто сливают в моря Северного Ледовито-

го океана, а также в Охотское и Японское моря (Булатов, 1993). Опас-

ными в радиационном отношении являются все базы подводных лодок,

места переоборудования и ликвидации боевых ракет атомных подвод-

ных лодок.

2.3. Искусственные источники ионизирующих излучений и их характеристика

Срок эксплуатации подводных лодок составляет 20-30 лет, после че-

го они должны быть утилизированы, а ядерные реакторы и детали с на-

веденной радиоактивностью захоронены по действующим правилам и

инструкциям, что нередко не соблюдается по причине недостатка де-

нежных средств или по халатности. В результате во всех морях Север-

ного Ледовитого океана имеются затопленные реакторы подводных ло-

док даже с невыгруженным ядерным топливом.

Корабли атомного флота по разным причинам терпят аварии и по-

гружаются на дно океана вместе с реакторами и ядерными зарядами.

Так, 7 апреля 1989 года в 400 км севернее побережья Норвегии в ре-

зультате аварии затонула подводная лодка «Комсомолец», в результате

чего на дне Норвежского моря, помимо ядерных боеголовок, лежит ре-

актор с обогащенным ураном-235 весом 116 кг. Подъем лодки невозмо-

жен, поэтому сейчас организованы постоянные наблюдения за радиаци-

онной обстановкой у побережья Норвегии.

Подводя итоги вышесказанному, следует отметить, что за счет ис-

кусственных (техногенных) источников ионизирующей радиации фор-

мируется около 10% годовой эффективной эквивалентной дозы, в т.ч.

рентгеновские и другие диагностические приборы и средства занимали

на протяжении 1945-1980 годов до 7%, доза от ядерных взрывов дости-

гала 7% в начале 60-х годов, снижалась до 0,8% в 1980 году; а дозы об-

лучения, связанные с ядерной энергетикой, увеличились от 0,001 до

0,035% в 1980 году. Данные более поздних исследований представлены

в таблице 23.

Таблица 23 – Структура доз облучения населения источниками ионизирующего излучения

(по данным ООН и радиационно-гигиеническому паспорту РФ за 1999 год)

Средние годовые дозы, мЗв/год

Источник излучения

мировые по России

Природные источники

Внешнее гамма-излучение природных радионуклидов 0,48 0,48

Космическое излучение 0,390 0,390

Долгоживущие радионуклиды в атмосферном воздухе 0,006 0,006

Изотопы радона в воздухе помещений 1,26 1,89

Калий-40 и другие природные ра

дионуклиды в пище и

питьевой воде

0,290 0,290

Всего природные источники 2,406 3,056

Искусственные источники

Медицинское облучение 0,4 1,0

Глобальные выпадения 0,005 0,005

Загрязнение территорий 0,002 0,002

Всего искусственные источники 0,407 1,007

Итого за счет всех источников 2,813 4,064

Р а з д е л 2 ИСТОЧНИКИ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ И ЗАГРЯЗНЕНИЙ

ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ РАДИОАКТИВНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ

2.3.9. Источники ионизирующего излучения в быту

В быту наибольшее влияние оказывают излучения видеотерми-

налов – телевизоров, компьютеров и др.

Сегодня трудно найти более изменившее нашу жизнь изобретение,

неизмеримо ускорившее сам процесс творчества и цивилизацию в це-

лом, чем компьютер. С ним давно освоились ученые и инженеры, он

прочно вошел в научные учреждения и конструкторское бюро, стал лю-

бимой игрушкой детей и подростков. Растет число компьютерных клас-

сов в школах и вузах. Одним словом, количество видеотерминалов

стремительно нарастает.

Поэтому всеобщая компьютеризация общества остро поставила во-

просы безопасности работы оператора. Объективно зафиксированы

многочисленные жалобы пользователей компьютеров на ухудшение

здоровья. Проблема безопасности работы с монитором настолько серь-

езна, что находит отражение в деятельности многих международных ор-

ганизаций.

Видеотерминалы излучают электромагнитные поля в очень широком

диапазоне. Основными же их источниками служат горизонтальные и

вертикальные отклоняющие катушки, которые сканируют электронный

луч и работают в диапазоне 15-35 кГц. На расстоянии 50 см от экрана

обычная напряженность электрических полей – от 0,5 до 10 В/м, а ин-

тенсивность магнитного поля – от 0,1 до 1,0 мГс.

В 1988 году американские исследователи сообщили об увеличении

на 80% частоты выкидышей у женщин, проводивших за видеотермина-

лом не менее 20 часов в неделю. Эти тревожные факты они поспешили

объяснить не прямым воздействием компьютеров, а эмоциональным

стрессом.

В 1992 году скандинавские ученые опубликовали результаты иссле-

дований, выводы из которых были весьма неутешительны: при пользо-

вании видеотерминалами, создающими сильные магнитные поля в диа-

пазоне низких частот, у женщин, активно работающих на компьютерах,

вероятность выкидышей в 3,5 раза выше, чем у не пользующихся видео-

терминалами (Анисимов В.Н., 1995). Мало того, из опытов на животных

выяснилось, что магнитные поля (даже слабые) могут отрицательно

воздействовать на развитие плода.

Рентгеновское излучение, возникающее при торможении элек-

тронного луча на внутренней поверхности кинескопа, является еще од-

ним источником вредных воздействий на оператора. И хотя уровень та-

кого излучения обычно ниже фонового значения в любом офисе, тем не

2.3. Искусственные источники ионизирующих излучений и их характеристика

менее, Национальный институт радиационной защиты в Стокгольме

(Швеция) установил достаточно жесткий стандарт уровня рентгенов-

ского излучения мониторов, который гласит, что «уровень рентгенов-

ского излучения мониторами должен быть настолько низким, чтобы его

невозможно было зафиксировать измерениями».

Синий люминофор экрана монитора вместе с ускоренными в элек-

тронно-лучевой трубке электронами являются источником ультрафио-

летового излучения. Его воздействие особенно сказывается при дли-

тельной работе с компьютером или при заболеваниях сетчатки глаза.

Защититься от воздействия ультрафиолета можно, используя стеклян-

ный защитный фильтр.

Излучение телевизора. В настоящее время ничто не может срав-

ниться с голубым экраном телевизора по скорости, полноте, достовер-

ности и красочности передаваемой информации. Но вместе с тем теле-

визор также таит в себе определенную опасность для человека.

Телевизор представляет собой электронно-вакуумный пробор, соз-

дающий видимое изображение (цветное или черно-белое) за счет облу-

чения электронами люминесцентного экрана кинескопа. В кинескопе с

особого катода, находящегося под высоким напряжением, вылетают с

большой скоростью электроны, бомбардирующие люминесцентный эк-

ран, создавая за счет движения луча (15-120 кГц) видимое изображение.

Возникающее во время бомбардировки экрана вторичное облучение гу-

бительно действует на любой живой организм, находящийся вблизи эк-

рана. Спектр вторичного излучения очень широк – микроволновая,

рентгеновская и ультрафиолетовая радиация, электронное излучение и

другие виды электромагнитных полей.

Средняя мощность радиации у цветного телевизора составляет 40-

50 мкР/ч. Для сравнения, полет самолета на высоте 10-12 тыс. км –

500 мкР/ч.

При пользовании компьютером:

– освещение должно быть слева от компьютера, старайтесь избегать

бликов от дополнительных источников света. Общая освещенность

должна быть порядка 300-500 люкс;

– излучение идет не только со стороны экрана, но и с боковых и зад-

них поверхностей. Поэтому лучше, чтобы компьютер тылом был распо-

ложен к стене. Если это по каким-то причинам невозможно, то расстоя-

ние между тылом одной ЭВМ и экраном другой должно быть не менее

2 метров; между боковыми поверхностями – не менее 1,2 м. Электро-

магнитные поля быстро убывают с увеличением расстояния от источни-

ка излучения: в 10 см от экрана компьютера в 5-10 раз выше, чем на рас-

Р а з д е л 2 ИСТОЧНИКИ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ И ЗАГРЯЗНЕНИЙ

ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ РАДИОАКТИВНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ

стоянии, где обычно сидит человек. Площадь на одно рабочее место

должна составлять не менее 6 м

ОСНОВНЫЕ ПРАВ ИЛ А:

1. В среднем через каждые 2 часа нужно делать 10-15 минутные пе-

рерывы. Беременные и кормящие женщины к работе с компьютером не

допускаются.

2. Для преподавателей вузов и школ установлена длительность ра-

боты в дисплейных классах и кабинетах информатики не более 4 часов

в день.

3. Инженеры, обслуживающие учебный процесс, могут находиться

в них не более 6 часов.

4. Студенты 1 курса могут работать на компьютере 1 час, старше-

курсники – 2 часа с перерывом на 15-20 минут.

5. Для учащихся:

– 10-11 классов должно быть не более 2 уроков на компьютерах

в неделю, а для остальных классов – один урок;

– 1-х классов –10 минут;

– 2-5 классов – не более 15 минут;

– 6-7 классов – не более 20 минут;

– 8-9 классов – не более 25 минут.

2.4. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

ИСКУССТВЕННЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ

В эту группу входят радионуклиды, которых нет в природе. Лишь

некоторые из них в ничтожных количествах встречаются в горных по-

родах. Основная же их масса появилась в середине XX столетия в ре-

зультате деятельности человека. Это продукты деления радиоизотопов,

используемых при атомных взрывах и управляемых ядерных реакциях.

Искусственные радионуклиды легко включаются в пищевые цепи и

накапливаются в живых организмах. Энергия частиц, испускаемых эти-

ми изотопами, колеблется от 0,1 до 5 МэВ. Искусственные радионукли-

ды приведены в таблице 24. В этом списке отсутствуют крайне корот-

коживущие радиоизотопы, которые не представляют интереса для

экологии.

2.4. Экологическая характеристика искусственных радиоактивных изотопов

Таблица 24 – Искусственные радиоактивные изотопы, имеющие

важное значение в экологии

Изотоп Символ

Период

полураспада

Преобладающий тип

излучения

Стронций-90

Sr 28 лет бета

Стронций-89

Sr 53 сут. бета

Цезий-137

137

Cs 33 года бета, гамма

Цезий-134

134

Cs 2,3 года бета, гамма

Рутений-103

103

Ru 40 сут. бета, гамма

Рутений-106

106

Ru 1 год бета

Цирконий-95

Zr 65 сут. бета, гамма

Барий-140

140

Ba 12,8 сут. бета, гамма

Неодим-147

147

Nd 11,3 сут. бета, гамма

Иттрий-91

Y 61 сут. бета, гамма

Углерод-14

C 5 730 лет бета

Фосфор-32

P 14,5 сут. бета

Железо-59

Fe 45 сут. бета, гамма

Йод-131

131

J 8 сут. бета, гамма

Кобальт-60

5,27 лет бета, гамма

Плутоний-239

239

2,4  10

лет

альфа, гамма

Водород-3

(тритий)

H 12 лет бета

Криптон-85

Kr 10,4 года бета

Ниобий-95

Nb 35 сут. бета, гамма

Уран-233

233

1,63  10

лет

альфа, гамма

Радон-222

222

Rn 3,82 дня альфа

К наиболее опасным искусственным радионуклидам, являющимся

продуктами распада урана, относятся цезий-137 и стронций-90, а также

искусственно получаемый изотоп – плутоний-239. Источниками посту-

пления их во внешнюю среду являются аварийные выбросы и утечки из

атомных реакторов, хранилищ и могильников РАО, заводов ядерного

цикла и, конечно, ядерные взрывы. В таблице 25 приведен выход строн-

ция-90 и цезия-137 при делении ядер урана-235 и плутония-239, по дан-

ным ВНИИФТРИ (1996).

Р а з д е л 2 ИСТОЧНИКИ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ И ЗАГРЯЗНЕНИЙ

ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ РАДИОАКТИВНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ

Таблица 25 – Выход искусственных радионуклидов при делении ядер, %

Искусственные радионуклиды Уран-235 Плутоний-239

Строниций-90 5,93 2,01

Цезий-137 6,81 6,47

В настоящее время фоновые значения глобального радиоактивного

загрязнения составляют: по стронцию-90 – 0,045, по цезию-137 – 0,08,

по плутонию-239 – 0,005 Ки/км

2.5. РАДИОАКТИВНЫЕ ОТХОДЫ И ЭКОЛОГИЯ

После запрещения испытаний ядерного оружия в трех сферах

проблема уничтожения радиоактивных отходов, образующихся в про-

цессе использования атомной энергии в мирных целях, занимает одно

из первых мест среди всех проблем радиационной экологии.

По физическому состоянию радиоактивные отходы (РАО) под-

разделяются на твердые, жидкие и газообразные.

Согласно ОСПОРБ-99 (Основные санитарные правила обеспечения

радиационной безопасности) к твердым радиоактивным отходам от-

носятся отработавшие свой ресурс радионуклидные источники, не

предназначенные для дальнейшего использования материалы, изделия,

оборудование, биологические объекты, грунт, а также отвержденные

жидкие радиоактивные отходы, в которых удельная активность радио-

нуклидов больше значений, приведенных в приложении П-4 НРБ-99

(нормы радиационной безопасности). При неизвестном радионуклидном

составе к РАО следует относить материалы с удельной активностью

больше:

100 кБк/кг – для источников бета-излучения;

10 кБк/кг – для источников альфа-излучения;

1 кБк/кг – для трансурановых радионуклидов (химические радиоак-

тивные элементы, расположенные в периодической системе элементов

после урана, т.е. с атомным номером больше 92. Все они получены ис-

кусственно, а в природе встречаются лишь Np и Pu в чрезвычайно ма-

лых количествах).

К жидким радиоактивным отходам относятся не подлежащие даль-

нейшему использованию органические и неорганические жидкости,

пульпы и шламы, в которых удельная активность радионуклидов более

чем в 10 раз превышает значения уровней вмешательства при поступле-

нии с водой, приведенные в приложении П-2 НРБ-99.

2.5. Радиоактивные отходы и экология

К газообразным радиоактивным отходам относятся не подлежащие

использованию радиоактивные газы и аэрозоли, образующиеся при

производственных процессах с объемной активностью, превышающей

допустимые среднегодовые объемные активности (ДОА), приведенные

в приложении П-2 НРБ-99.

Жидкие и твердые радиоактивные отходы подразделяются по удель-

ной активности на 3 категории: низкоактивные, среднеактивные и высо-

коактивные (табл. 26).

Таблица 26 – Классификация жидких и твердых РАО (ОСПОРБ-99)

Удельная активность, кБк/кг

Категория отходов

бета-излучающие альфа-излучающие трансурановые

Низкоактивные менее 10

менее 10

Среднеактивные от 10

до 10

от 10

до 10

от 10

до 10

Высокоактивные более 10

более 10

Радиоактивные отходы образуются:

− в процессе добычи и переработки радиоактивного минераль

ного сырья;

− при работе атомных электростанций;

− в процессе эксплуатации и утилизации кораблей с ядерными

установками;

− при переработке отработавшего ядерного топлива;

− при производстве ядерного оружия;

− при проведении научных работ с использованием исследова

тельских ядерных реакторов и делящегося материала;

− при использовании радиоизотопов в промышленности, меди

цине, науке;

− при подземных ядерных взрывах.

Система обращения с твердыми и жидкими РАО в местах их об-

разования определяется проектом для каждой организации, плани-

рующей работы с открытыми источниками излучения, и включает их

сбор, сортировку, упаковку, временное хранение, кондиционирование

(концентрирование, отверждение, прессование, сжигание), транспорти-

рование, длительное хранение и захоронение.

Для сбора радиоактивных отходов в организации должны быть спе-

циальные сборники. Места расположения сборников должны обеспечи-

ваться защитными приспособлениями для снижения излучения за их

пределами до допустимого уровня.

Р а з д е л 2 ИСТОЧНИКИ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ И ЗАГРЯЗНЕНИЙ

ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ РАДИОАКТИВНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ

Для временного хранения РАО, создающих у поверхности дозу гам-

ма-излучения более 2 мГр/ч, должны использоваться специальные за-

щитные колодцы или ниши.

Жидкие радиоактивные отходы собираются в специальные емкости,

после чего направляются на захоронение. Запрещается сброс жидких

РАО в хозяйственно-бытовую и ливневую канализацию, водоемы, ко-

лодцы, скважины, на поля орошения, поля фильтрации и на поверхность

Земли.

При ядерных реакциях, происходящих в активной зоне реактора,

выделяются радиоактивные газы: ксенон-133 (Т

физ.

= 5 сут.), криптон-85

(Т

физ.

= 10 лет), радон-222 (Т

физ.

= 3,8 сут.) и другие. Эти газы поступают

в фильтр-адсорбер, где теряют свою активность и только после этого

выбрасываются в атмосферу. В окружающую среду поступает также не-

которое количество углерода-14 и трития.

Другой источник родионуклидов, попадающих в окружающую сре-

ду от функционирующих АЭС, – дебалансная и техническая вода.

ТВЭЛ-ы, находящиеся в активной зоне реактора, часто деформируются

и продукты деления попадают в теплоноситель. Дополнительным ис-

точником радиации в теплоносителе являются радионуклиды, об-

разующиеся в результате облучения материалов реактора нейтронами.

Поэтому периодически вода первого контура обновляется и очищается

от радионуклидов.

Чтобы не произошло загрязнение окружающей среды, вода всех

технологических контуров АЭС включается в систему оборотного водо-

снабжения (рис. 8).

Тем не менее часть жидких стоков сбрасывают в водоем-охладитель,

имеющийся при каждой АЭС. Этот водоем является слабопроточным

бассейном (чаще всего это искусственное водохранилище), поэтому

сброс в него жидкостей, содержащих даже малое количество радионук-

лидов, может привести к опасной их концентрации. Сброс жидких ра-

диоактивных отходов в водоемы-охладители категорически запрещен

«Санитарными правилами». В них можно направлять только жидкости,

в которых концентрация радиоизотопов не превышает допустимые

нормы. Кроме того, количество сливаемых в водоем жидкостей ограни-

чивается нормой допустимого сброса. Эта норма устанавливается таким

образом, что бы воздействие радионуклидов на водопользователей не

превысило дозу 5  10

-5

Зв/год. Объемная активность основных радио-

нуклидов в сбрасываемой воде АЭС Европейской части России, по

оценке Ю.А. Егорова (2000), составляет (Бк):

137

Cs-1,5  10

-3

;

Со-1,5  10

-4

;

Fe-1,5  10

- 4

;

Мn-4  10

-4