Лекции по радиобиологии

Подождите немного. Документ загружается.

составляет 130 мкрад/ч. Соответственно, в этих районах годовая поглощенная доза

значительно выше средней, и может достигать нескольких сотен миллирад.

Дозы облучения от естественных радионуклидов, находящихся в организме,

сравнительно невелики. Внутреннее облучение большинства органов обусловлено

наличием в них

К. Годовая поглощенная доза от

К в отдельных органах варьирует от

15 до 27 мрад, тогда как от других находящихся в организме естественных радионуклидов

поглощенная доза обычно составляет десятые и сотые доли мрад/год. Исключение

составляет семейство радионуклидов

222

Rn –

214

Po, поступающих в легкие ингаляционным

путем и обуславливающих поглощенную дозу в среднем 40 мрад/год.

Таким образом, природный радиационный фон является одним из экологических

факторов для всех живых организмов Земли. Действие его, непрерывно, отличается

широкой вариабельностью. Вопрос о полезности или вредности естественного

радиационного фона для живых организмов некорректен. В радиобиологической

литературе имеются экспериментальные данные положительном действии низких доз

радиации на жизнедеятельность ряда живых организмов (увелечение продолжительности

жизни, повышение устойчивости к неблагоприятным факторам, повышение урожайности

растений и т.д.). На основе таких данных выдвигаются гипотезы о том, что у живых

организмов в процессе эволюции выработались механизмы адаптации к сравнительно

невысоким дозам облучения. Тем не менее, можно однозначно утверждать, что

природный радиационный фон является ответственным за «спонтанное» появление

мутаций, в том числе и летальных мутаций, и мутаций, приводящих к появлению

злокачественных новообразований.

Загрязнение окружающей среды в результате ядерных взрывов

Образование радиоактивных продуктов ядерных взрывов. Ядерные взрывы

осуществляются в результате двух типов ядерных превращений. Первоначально были

созданы атомные бомбы, в которых выделение огромного количества энергии

осуществлялось в результате деления природного урана (

235

U) или плутония- (

239

Pu),

полученного в реакторе из урана (

238

U). В дальнейшем были созданы так называемые

водородные бомбы, в которых в процессе синтеза гелия из водорода и трития, выделяется

большое количество энергии. Эта реакция протекает лишь при очень высоких

температурах ( несколько миллионов градусов). Такие значения температуры достигаются

при взрыве урановой и плутонивой атомных бомб. При взрыве водородной бомбы

выделяются нейтроны высокой энергии, которые обладают способностью вызывать

реакцию деления ядер

238

U. В составе природного урана более 99 % приходится на долю

этого изотопа. Поэтому для увеличения мощности взрыва термоядерный заряд помещают

в урановую оболочку. В бомбах такого типа, осуществляются три типа ядерных реакций:

вначале реакция деления

235

U или

239

Pu, затем реакция синтеза гелия и, наконец, вновь

реакция деления урана (

238

U). Все эти реакции и ядерных превращений быстротечны,

взрыв происходит в течение миллионной доли секунды.

В результате деления ядер урана или плутония образуется большое количество

(около 80 типов) так называемых осколков деления. Большинство осколков деления

представляют собой радиоактивные изотопы более легких элементов, от

Zn до

161

Тb. Они

подвергаются радиоактивному распаду, образуя, в свою очередь, радиоактивные осколки

деления ядер. Каждый осколок претерпевает обычно несколько радиоактивных распадов

до того, как превратится в стабильный нуклид. Ниже приведен один из подобных

примеров радиоактивного распада осколка (в скобках даны периоды полураспада) :

Br (16 с) 

Kr (33 с)-

Rb (4 мин)- 

Sr (28 лет) 

It (64,2 ч)-

Ce (стабильный

изотоп).

Каждый из осколков деления тяжелых ядер характеризуется различной активностью,

период полураспада каждого нуклида может колебаться от нескольких секунд до

102

десятков лет. Смесь продуктов деления на каждый момент времени имеет сложный

состав. Однако, как показали исследования, суммарная радиоактивность осколков деления

снижается с течением времени с определенной закономерностью, которая описывается

соотношением:

= А

-1,2

где А

, А

— активность смеси осколков деления соответственнов моменты времени t

. t—время деления (t

- t

Из закона радиоактивного распада ( в случае распада смеси множества радионуклидов –

активных осколков деления) выведено следующее правило: каждое десятикратное

снижение активности осколков деления и мощности дозы гамма-излучения происходит

в результате увеличения их возраста в 7 раз.

Данные о динамике суммарной активности осколков деления после ядерного взрыва

приведены в таблице 4. Как видно, через сутки после взрыва остаточная активность

радионуклидов составляет около 0,02 %, через 10 суток – около 0,001 % от исходной

радиоактивности.

Мощность ядерного взрыва обычно сравнивается с энергией, выделяемой при взрыве

тротила: 1 килотонна = 10

т тротила, 1 мегатонна = 10

т тротила. На каждую килотонну

мощности взрыва образуется примерно 37 г высокоактивных осколков, через 1 мин после

ядерного взрыва их активность по -излучению эквивалентна активности 30 000 т радия.

Однако, продукты деления при ядерном взрыве, главным образом, представлены быстро

распадающимися радионуклидами. Поэтому активность осколков в течение суток после

взрыва снижается более чем в 3000 раз. Долговременное радиоактивное заражение

местности после ядерного взрыва обуславливается активностью следующих

долгоживущих продуктов деления ( в скобках указаны периоды полураспада):

Sr (50,5

сут),

103

Ru (39,8 сут),

131

I (8,05 сут),

141

Ce (31,1 сут),

Zr (65 сут),

106

Ru (365 сут),

140

Ba (12,8

сут),

144

Ce (285 сут),

Kr (10,7 лет),

137

Cs (30 лет),

Sr (28 лет).

Таблица 4

Суммарная относительная активностьосколков деления в зависмости от времени после

ядерного взрыва (в условных единицах)

Время после взрыва,

Относительная

активность

Время после взрыва,

Относительная

активность

1 1000 30 17

1,5

610

2 440 60 7,3

270

100

4,3

150

200

1,7

7 97 400 0,75

600

0,46

800

0,33

1000

0,25

В состав продуктов ядерных взрывов, помимо осколков деления тяжелых

элементов, входит и часть ядерного горючего (

239

Рu или

235

U) атомной бомбы, не

успевшего прореагировать во время взрыва. Считается, что во время взрыва, в реакции

103

деления участвуют только 20-30 % ядер тяжелых элементов. После взрыва атомной

бомбы мощностью 20 килотонн в окружающую среду выбрасывается около 2,710

Ки

239

Рu. Кроме того, в составе продуктов ядерного взрыва в заметных количествах

(особенно в первые дни после взрыва) находятся продукты нейтронной активации. При

ядерном взрыве в расчете на 1 килотонну мощности взрыва образуется 2,2510

нейтронов, которые, взаимодействуя с конструктивными материалами бомбы и ядрами

элементов почвы, воды и воздуха, превращают стабильные элементы в радионуклиды.

При наземном взрыве бомбы мощностью 1 мегатонна через сутки радиоактивность

осколков деления составляет 410

Ки, продуктов нейтронной активации - 110

Ки. С

радиологической точки зрения, из всех радионуклидов, являющихся продуктами

нейтронной активации, наиболее важными являются

Н,

С,

Мn и

Fe.

Определенный вклад в загрязнение окружающей среды радионуклидами внесли

так называемые мирные ядерные взрывы, т. е. взрывы, которые производились для

использования результатов в различных отраслях промышленности (сооружение каналов,

создание подземных полостей для хранения нефти, газа, различного рода отходов и т. д.).

Ядерные устройства, использовавшиеся для этого, основывались на применении такого

же ядерного топлива, что и в военной технологии. В результате мирных ядерных взрывов

образовывались те же радионуклиды, что и при взрывах атомных и термоядерных бомб,

но они поступали в окружающую среду в значительно меньших количествах. К счастью,

мирные ядерные взрывы на нашей планете проводились в ограниченных масштабах, и

поэтому их вклад в загрязнение биосферы радионуклидами значительно меньше, чем от

взрывов военного назначения.

Далее рассмотрим более подробно процессы, происходящие при ядерном взрыве и

их последствия.

Локальные и глобальные выпадения продуктов ядерных взрывов. Наиболее

опасными для загрязнения биосферы продуктами ядерных взрывов являются наземные

взрывы ядерных бомб. При наземном взрыве образуется гигантский огненный шар, и

огромные массы грунта с поверхности Земли вовлекаются в этот шар. Так, при наземном

ядерном взрыве мощностью 20 килотонн, образуется воронка диаметром 80 м и глубиной

около 20 м. В радиоактивное облако вовлекается много пыли с окружающей территории

вследствие сильных потоков воздуха от периферии к эпицентру взрыва. Выброс грунта

при наземном взрыве составляет примерно 5000 т на 1 килотонну мощности. Высота

подъема огненного шара и размеры образующегося грибовидного облака определяются в

основном мощностью взрыва и метеорологическими условиями. При мощности взрыва

100 килотонн высота подъема облака составляет примерно 10—12 км, при более мощных

взрывах (1 мегатонна) облако поднимается до 15—17 км. По мере подъема происходит

охлаждение огненного шара, он принимает форму гриба, ножка которого состоит из

крупных частиц земли, а шляпка представляет собой расширенное облако из пылевидных

частиц и аэрозолей. При охлаждении шара происходит конденсация и выпадение

радиоактивных частиц и аэрозолей.

Выпадение радиоактивных продуктов ядерного взрыва начинается уже вскоре

после взрыва. В непосредственной близости от эпицентра выпадают довольно крупные

частицы диаметром около 1 см. Более мелкие частицы оседают на поверхность земли в

более отдаленных местах на расстоянии нескольких сот километров от эпицентра. Это так

называемые локальные, или, как их еще называют, местные, выпадения, которые

формируют след радиоактивного облака в течение ближайших 10—20 ч после взрыва.

Часть продуктов ядерного взрыва находится в мелких частицах (5 мк и менее), которые

оказываются в верхних слоях тропосферы. Тропосферные воздушные массы переносят их

на многие тысячи километров от места взрыва, обширная территория загрязняется пре-

имущественно в зоне той широты, на которой производился ядерный взрыв. Выпадение

так называемых тропосферных осадков происходит медленно, скорость убывания

104

радиоактивных частиц из тропосферы характеризуется периодом полуочищения,

составляющим приблизительно 20 суток. Выпадение радиоактивных осадков из

тропосферы происходит, в основном, в течение двух месяцев после взрыва. Большая

часть короткоживущих радионуклидов распадается во время пребывания их в

тропосфере, в связи с чем, вклад тропосферных осадков в общий уровень радиации на

поверхности Земли, относительно невелик.

При ядерных взрывах большой мощности (1 мегатонна и более) и взрывах ядерных

боеприпасов на больших высотах определенное количество радиоактивных частиц

попадает в стратосферу (слой атмосферы, расположенный над тропосферой).

Аэрозольные частицы, инжектированные в стратосферу, в последующем переносятся в

тропосферу, из нее они удаляются вместе с осадками или в сухом виде. Выпадения носят

глобальный характер, и основная часть радионуклидов выпадает в том полушарии, где

произведен ядерный взрыв. Загрязнение территории радионуклидами из стратосферного

резервуара определяют как загрязнение за счет глобальных выпадений. Выпадение

радионуклидов из стратосферы происходит медленно: время пребывания их на высоте 15

—25 км варьирует в пределах от 0,3 до 2 лет и зависит от высоты и широты. В связи с

большой длительностью пребывания радионуклидов в стратосфере короткоживущие и

среднеживущие нуклиды полностью распадаются и основное радиологическое значение

приобретают долгоживущие радионуклиды -

Sr и

137

Cs, которые в литературе именуются

как «глобальные».

Дозы ионизирующих излучений от радиоактивных продуктов ядерных взрывов. В зоне

следа радиоактивного облака растения и животные подвергаются воздействию, прежде

всего внешнего ионизирующего излучения. Оно исходит от радионуклидов, выпавших на

землю, а также осевших на растения или кожу животных. Основной вклад в поглощенную

дозу вносят γ-лучение и β-излучение. Величина поглощенной дозы (Р) определяется,

прежде всего, мощностью дозы излучения. В свою очередь, мощность дозы γ -излучения

зависит от плотности загрязнения (А ) местности продуктами ядерного взрыва. Расчет

мощности экспрозиционной дозы проводят по этой формуле

Р = 0,1 А

При известной плотности загрязнения местности γ -излучающими продуктами ядерного

взрыва поглощенную дозу можно рассчитать с помощью коэффициентов (табл. 5). Для

перехода от поглощенных доз в воздухе, к дозам, поглощенным организмом, необходимо

приведенные в таблице 5 данные умножить на 0,32. Этот коэффициент учитывает

различия в поглощении ионизирующих излучений воздухом и тканями, рассеивание

излучений и защиту от них другими тканями организма (поправка—0,8). а также

снижение мощности поглощенной дозы за счет экранирующего, защитного влияния зда-

ния (поправка—0,4; общий коэффициент поправки 0,8). Следовательно, если известно,

что плотность загрязнения территории

137

Cs составляет 1 Kи/км

, то годовая поглощенная

доза внешнего γ -излучения от

137

Cs будет равна 1000 · 0,033 · 0,32=10,6 мрад.

Величина экспозиционной дозы ионизирующих излучений на следе радиоактивного

облака формируется за счет локальных выпадений продуктов ядерного взрыва. Как

правило, эта величина постепенно понижается от эпицентра ядерного взрыва к

периферии следа радиоактивного облака. Для характеристики зоны радиоактивного следа

обычно используется такое понятие, как суммарная доза γ -излучения за время от момента

выпадения продуктов ядерного взрыва до полного их распада (D

∞

). Ее рассчитывают по

следующей формуле:

∞ =

= 5Р

=5Р

1,2

(P) выправить

где Р

и Рв — мощности доз излучения соответственно через 1 ч после ядерного взрыва и

в момент выпадения в конкретной зоне следа, Р/ч; tв — возраст осколков после взрыва, ч.

105

Подсчитано, что основную часть суммарной поглощенной дозы, растения и животные в

зоне следа радиоактивного облака получают в первые 4 сутки после взрыва. Дозы

облучения различных органов и тканей в организме человека, от инкорпорированных, т.

е. задержанных в них продуктов ядерного взрыва (внутреннее облучение), могут

варьировать в широких пределах. Одни радионуклиды (

103

Ru,

106

Ru,

141

Се,

144

Се,

239

Рu)

поступают в организм ингаляционным путем, для других радиологически значимых

падионуклидов (

Н,

Fe,

Sr,

137

Cs,

140

Ba,

131

I) основным путем поступления

является алиментарпый (пищевой) путь. Основная часть поглощенной дозы от внешнего

облучения формируется в первые несколько дней после образования радиоактивного

следа и затем снижается. Напротив, поглощенная доза внутреннего облучения постоянно

повышается, за счет радиоактивного распада инкорпорированных и постоянно

поступающих средне-и долгоживущих нуклидов. Особое значение в инкорпорированном

облучении имеют нуклиды, способные накапливаться в органах и тканях. Навпример,

основная доля поглощенной дозы в щитовидной железе формирует радиоактивный йод

(

131

I), который накапливается в этом органе.

Наибольший вклад в повышение радиационного фона Земли внесли радиоактивные

осадки при испытаниях ядерного оружия в 1945—1962 гг. После заключения

Московского договора о запрещении испытаний атомного оружия в атмосфере,

космическом пространстве и под водой (1963 г), существенного добавления продуктов

ядерного взрыва в биосферу не происходило. В настоящее время проводят только

подземные ядерные взрывы небольшой мощности (Франция, Китай), и поэтому

образование продуктов ядерного взрыва и их попадание в атмосферу относительно

невелико.

По данным научного комитета ООН по действию атомной радиации, при

испытаниях ядерного оружия, проводимых до 1963 г., суммарная мощность взорванных

боеприпасов и устройств составила 510,9 мегатонны ( при воздушных взрывах 406,2

мегатонны, при наземных—104,7 мегатонны). Суммарное выпадение радионуклидов на

сушу и водную поверхность Земли составило (МКи):

H - 3560,

С - 6,2,

Fe - 50,

Sr –

2800,

Sr – 12,2,

106

Ru – 330,

144

Ce – 182,4,

137

Cs – 19,5,

239

Pu - 0,32. Подсчитаны средние

ожидаемые поглощенные дозы от радионуклидов, образовавшихся в результате ядерных

испытаний, проведенных до 1976 г. Для жителя средней полосы Северного полушария

эти величины следующие: поглощенная доза от внешнего облучения—110 мрад, от

инкорпорированных радионуклидов: для гонад 37 мрад, костного мозга—150, костной

ткани - 180 и для легких- 150 мрад. (за год ?).

Следует отметить, что формирование поглощенных доз от коротко- и

среднеживущих продуктов ядерных взрывов практически завершилось уже в 1975—1976

гг. В формирование текущих, годовых поглощенных доз основной вклад из

долгоживущих радионуклидов вносят, в первую очередь,

137

Cs и

Sr.

137

Cs подвергает

организмы внешнему и внутреннему облучению,

Sr ответствен лишь за внутреннее

облучение. Ежегодное приращение поглощенной дозы от этих радионуклидов к

поглощенным дозам, обусловленным естественными ионизирующими излучениями,

незначительно.

АВАРИИ НА АТОМНЫХ РЕАКТОРАХ, КАК ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ РАДИОНУКЛИДАМИ

Многолетний опыт эксплуатации реакторов в различных странах показывает, что при

нормальном режиме их работы, выброс радиоактивных продуктов деления ядерного

горючего в окружающую среду сравнительно невелик. Подсчитано, что при безаварийной

работе всех ядерных энергетических установок планеты с суммарной мощностью 2∙10

МВт радиационный фон к 2000 году повысился бы приблизительно на 4 % за счет

поступления искусственных радионуклидов в биосферу. К сожалению, число

106

«незапланированных» утечек продуктов ядерного деления в атмосферу, различного рода

происшествий и аварии на этих объектах по-прежнему остается весьма значительным. По

неполным данным, только на атомных электростанциях за время их эксплуатации

произошло более 300 крупных аварий и большое число утечек радионуклидов в

атмосферу. К числу наиболее крупных аварий, приведших к серьезному загрязнению

окружающей среды радионуклидами, относятся аварии в Уиндскейле (Англия) и

Чернобыле (СССР). Аварии на промышленных атомных реакторах и АЭС являются

одним из самых опасных источников повышения радиационного фона Земли.

Авария реактора в Уиндскейле. Эта авария произошла 8 октября 1957 г на заводе по

производству плутония из естественного урана. В результате пожара, возникшего в

активной зоне реактора и продолжавшегося в течение 4 сут, были повреждены 150

технологических каналов, что повлекло за собой выброс радионуклидов через трубу

высотой 125 м.

Активность нуклидов, поступивших в атмосферу в результате аварии, составила (Ки):

131

I - 20000,

137

Cs - 600,

Sr - 80 ,

Sr – 9,

132

Те – 12000. Из-за неблагоприятных

метеорологических условий, радионуклидами были загрязнены большие территории юго-

восточной Англии и сопредельных государствах (Бельгии, ФРГ, Голландии, Норвегии,

Дании). Уровни радиации в районе, прилегающем к Уиндскейлу, показаны на рисунке 2.

Рис. 2. Уровни v-раднации во внешней среде в районе Уиндскейла спустя 5 дней

после аварии (Эйзенбад

В первые же дни после аварии были предприняты энергичные меры по оценке

радиационной обстановки в прилегающих к заводу районах. Контролировали уровень -

радиации, концентрации радионуклидов в воздухе, траве, молоке и других продуктах пи-

тания. На основании этих измерений, был сделан вывод о том, что самым опасным пора-

жающим фактором в данной ситуации является загрязнение коровьего молока

радиоактивным йодом. В связи с высокой концентрацией

131

I в молоке (свыше 0,1 мкКи/л)

был введен запрет на использование молока, получаемого на фермах, находящихся на

территории площадью приблизительно 500 км

. У населения было изьято около 3 млн.

л молока и запрет на использование молока в этом районе был снят через только 6 нед

после аварии. Уровни загрязнения продуктов питания другими радионуклидами не

превышали предельно допустимых.

Расчеты показали, что максимальные поглощенные дозы от внешнего  -

излучения, которые могли бы получить люди на следе радиоактивного облака (в 5 км от

реактора), были равны 30—50 мрад, т. е. примерно 10 % допустимого облучения за год.

Дозы облучения щитовидной железы у людей, проживающих в районе с высокими

плотностями загрязнения территории радиойодом, оказались значительно выше. Так, у

детей, проживающих на расстоянии 10 км от источника выброса, максимальная

поглощенная доза облучения в щитовидной железе была равна 16,1 рад, расстоянии 37

107

км—11,4 рад. У взрослых жителей этого района поглощенная доза облучения в

щитовидной железе не превышала 4 рад (предельно допустимая доза облучения

щитовидной железы у взрослых и детей составляет соответственно 3 и 1,5 рад).

Авария реактора на Чернобыльской АЭС. Эта авария произошла на четвертом

энергоблоке Чернобыльской АЭС 26 апреля 1986 г. В результате взрыва было частично

разрушена активная зоны реактора, что сопровождалось продолжительным горением

графитовых стержней и выбросом в атмосферу огромного количества радиоактивных

продуктов деления. Катострофические последствия этой аварии обуславливаются тем, что

поступление в атмосферу газообразных, летучих и аэрозольных продуктов продолжалось

на протяжении нескольких недель. Ниже приводится цитата из доклада советской

делегации на совещании экспертов в МАГАТЭ в августе 1986 г, характеризующее

формирование радиоактивного загрязнения после взрыва. «В момент аварии образо-

валось облако, сформировавшее затем радиоактивный след на местности в западном и

северном направлениях, в соответствии с метеорологическими условиями переноса

воздушных масс. В дальнейшем из зоны аварии в течение длительного времени

продолжала истекать струя газообразных, летучих и аэрозольных продуктов. Наиболее

мощная струя наблюдалась в течение первых 2—3 сут после аварии в северном

направлении, где уровни радиации 27 апреля достигали 1000 мР/ч, а 28 апреля - 500 мР/ч

на удалении 5—10 км от места аварии (на высоте 200 м). Высота струи 27 апреля, по

данным, полученным с помощью авиации, превышала 1200 м в северо-западном

направлении на удалении 30 км от места аварии. В последующие дни высота струи не

превышала 200—400 м».

Неблагоприятные погодные условия и большая высота подъема радиоактивных

выбросов были причиной интенсивного загрязнения ряда районов Украины, Белорусии и

России (рис. 3). Сильный северо-западный ветер в первой половине дня аварии,

обусловил выпадение радиоактивных осадков на территории Финляндии и Центральной

Швеции (27—28 апреля 1986 г.). Во второй половине дня 26 апреля ветер сменил

направление и подул на запад и юго-запад, что привело к выпадению радионуклидов в

некоторых районах Польши, ФРГ, Швейцарии, Италии и других стран.

По расчетам на 5 мая 1986 г, в ближней и дальней зонах радиоактивного следа,

суммарная активность выпавших осадков составляла 31∙ 10

Ки. Эта величина

составляет около 3,5 % активности продуктов деления, находившихся в реакторе к

моменту аварии.

Рис. 3. Распределение у-ио-ля га территории СССР по пзо-уровию мощности дозы

0,05 мР/ч на 10 июня 1986 г. (Израэль и др., 1987)

На ближнем участке следа (до 40 км от места аварии) на 10 мая 1986 г., активность

выпавших радионуклидов составляла 11 ∙10

Ки. Большая часть выброшенных

радионуклидов были представлены короткоживущими радиоактивными продуктами

деления. Из общего количества радионуклидов, выпавших на ближнем участке следа,

доля

132

Te (T

1/2

=77,7 ч) составила 22,7%,

131

1/2

= 8,05 дня) - 11,8%,

141

Се (T

1/2

= 31,7

дня) - 15,4 %,

Zr (T

1/2

-65 дней)- 16,3 %,

103

Ru (T

1/2

= 39,8 дня) - 13,6 %. Активность

долгоживущих и особо опасных в радиологическом плане радионуклидов была

значительно меньше, всего 0,8 % суммарной активности выброса (

137

С - 280 000 Ки ,

Sr- 85000 Ки ).

108

Как видно, в первые сутки после аварии, плотность выпавших радионуклидов и,

соответственно, уровень радиации на территории вблизи аварии, были очень высоки.

мощность экспозиционной дозы достигал до 10-15 мР/ч). Поэтому была осуществлена

эвакуация населения и сельскохозяйственных животных из 30-километровой аварийнойц

зоны, прилегающей к Чернобыльской АЭС.

Как показывают приведенные примеры, промышленные реакторы и реакторы атомных

электростанций являются дополнительным источником загрязнения биосферы

искусственными радионуклидами. Загрязнение территории может быть особенно

значительным в районах, непосредственно прилегающих к АЭС или промышленным

реакторам. Катастрофическое загрязнение окружающей среды продуктами ядерного деле-

ния будет иметь место в том случае, если ядерный реактор окажется целью атомного

удара. По расчетам некоторых ученых, при попадании термоядерной бомбы в атомный

реактор будет выброшено такое количество радионуклидов, что приведет к гибели всех

живых существ на территории площадью 1200 км

. Кроме того, в течение нескольких

месяцев после этого события. на территории площадью 150 тыс. км

проживание людей

окажется невозможным из-за высокого уровня радиации. В течение 100 лет будет

непригодной для поселения людей территория размером 500 км

Таким образом, все живые существа на Земле подвергаются непрерывному

воздействию ионизирующих излучений из-за наличия природного радиационного фона.

Уровень естественной радиации на нашей планете варьирует в широких пределах и в

некоторых районах в десятки и сотни раз превышает средние значения. Дополнительное

облучение от радионуклидов, выпавших после испытаний ядерного оружия, не превы-

шает 10 % природного радиационного фона. Загрязнение внешней среды радионуклидами

при работе ядерных реакторов в нормальном режиме невелико, но становится весьма

значительным при авариях.

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОСАЖДЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ АЭРОЗОЛЕЙ НА

РАСТИТЕЛЬНЫЙ ПОКРОВ И ПОЧВУ

РАДИОАКТИВНЫЕ АЭРОЗОЛИ В СТРАТОСФЕРЕ И ТРОПОСФЕРЕ

Радиоактивные аэрозоли в атмосфере. Основным источником загрязнения

объектов внешней среды являются радиоактивные аэрозоли, вносимые в атмосферу в ре-

зультате ядерных взрывов, а также аварий и разрушений атомных электростанций и

предприятий ядерно-топливного цикла. Радиоактивные аэрозоли, инжектированные в

атмосферу, постепенно осаждаются и загрязняют поверхность Земли. В растительные

организмы радионуклиды могут поступать воздушным путем (через устьица в процессе

газообмена) и через почву при поглощении корнями воды и минеральных веществ. В

животные организмы радиоактивные соединения попадают через дыхательные пути, через

кожный покров и вместе с пищей и водой (подробно см. лек. )

В зависимости от источника и условий формирования радиоактивных осадков,

характер выпадений и их физико-химические свойства сильно различаются, что

сказывается на степени загрязнений и размерах загрязняемой территории. Радиоактивные

вещества могут выпасть в течение первых суток вблизи места взрыва, образуя так

называемые локальные выпадения, или, поступив в верхние слои атмосферы, задержаться

в стратосферных и тропосферных резервуарах. В результате наземных ядерных взрывов

мощностью менее 1 мегатонны доля локальных выпадений составляет 80 %, а от воздуш-

ных взрывов такой же мощности все 100 % представлены тропосферными выпадениями.

При мощности более 1 мегатонны значительная часть радиоактивных аэрозолей попадает

в стратосферный резервуар (от воздушного взрыва до 99 % и от наземного - около 20 %).

Радиоактивные выпадения от наземных ядерных взрывов представляют собой

оплавленные частицы грунта, на котором произведен взрыв. При проведении взрывов на

109

почвах, сформированных на подстилающих силикатных породах, образуются

крупнодисперсные остеклованные частицы, практически нерастворимые. При проведении

взрывов на почвах, образовавшихся на карбонатных почвообразующих породах,

формируются хорошо радиоактивные растворимые частицы, независимо от их

дисперсности.

Фракционирование радионуклидов. В период формирования аэрозольных частиц в

стратосфере и тропосфере происходит так называемое фракционирование радионуклидов,

т. е. избирательный захват изотопов формирующимися частицами. Фракционирование

радионуклидов определяется мощностью ядерного взрыва и местом его проведения.

Изотопы тугоплавких элементов, такие как

Zr,

144

Се,

185

181

V, в результате

конденсации и коагуляции включаются в состав крупных твердых частиц. Радиоактивные

изотопы стронция и цезия не принимают участия в процессе конденсации, они адсорбиру-

ются на поверхности мелких твердых частиц и в парах влаги, образуя, таким образом,

мелкодисперсные аэрозоли.

Фракционирование радионуклидов в радиоактивных выпадениях приводит к

неравномерному очищению атмосферы от продуктов деления. Крупные частицы

выпадают быстрее, мелкие - медленнее. Период полувыведения из стратосферы

крупнодисперсных частиц, содержащих сравнительно короткоживущие радионуклиды

(

Zr,

144

Се,

185

181

V), примерно в 2 раза короче периода полувыведения

долгоживущих радионуклидов

Sr и

137

Cs. Время нахождения нуклидов в стратосфере

определяется, в первую очередь, эффективностью их фракционирования в процессе

формирования аэрозольных частиц. Стратосферный и тропосферный резервуары

радионуклидов обуславливают повсеместное (глобальное) выпадений радиоактивных

веществ. Тропосферный резервуар сравнительно быстро очищается, период

полуочищения его колеблется в пределах 2-3 недель. Пребывание в тропосфере

долгоживущих радионуклидов, в болшинстве случаев, не превышает 30 суток.

Стратосферный резервуар очищается гораздо медленнее. Среднее время пребывания

радиоактивных веществ в стратосфере зависит от высоты и мощности взрыва,

географической широты места проведения взрыва, времени года и метеорологических

условий. При проведении взрывов в полярных широтах Северного полушария, среднее

время пребывания в нижних слоях атмосферы обычно составляет примерно 6 мес, а при

проведении ядерных взрывов в средних широтах оно увеличивается до 2-3 лет.

Рис. 4 Глобальное выпадение

и количество осадков (1953--1959 гг.):

/—в умеренной зоне; 2— в тропической зоне

После наземного ядерного взрыва, радиоактивные частицы крупных размеров

(0,01 - 1мм), находящиеся в нижних слоях атмосферы, осаждаются на поверхность Земли

в течение нескольких часов. Вблизи центра взрыва выпадают крупные частицы, затем -

более мелкие, в конце пути радиоактивного облака – пылевидные частицы.

Радиоактивные аэрозоли оседают на поверхности Земли под действием

атмосферных явлений (осадки, гравитационные силы, вертикальное, движение воздушных

110

масс, турбулентная диффузия и др.). Радиоактивные выпадения стратосферного проис-

хождения, попадая в тропосферу, в дальнейшем оседают на поверхности земли в

основном в результате вымывания атмосферными осадками. Атмосферные осадки играют

основную роль в очистке тропосферы (рис. 4.) Отложение радионуклидов на Землю

может происходить в процессе «мокрого» и «сухого» способов их выпадения. Первый

процесс состоит в выпадении радионуклидов с дождем, снегом на поверхность земли.

Процесс вымывания с атмосферными осадками обусловлен не только захватом

радиоактивных частиц падающими каплями, но прежде всего тем, что сами частицы, по-

павшие в зону облаков, становятся центрами конденсации. Радиоактивные частицы могут

захватываться растущими и каплями в результате возникновения градиента давления на

поверхности капель. Такими способами захватываются частицы небольших размеров

0,02- 0,2 мкм

«Сухое» отложение состоит в выпадении самих аэрозольных частиц и

определяется в основном гравитационными силами, вертикальным движением воздушных

масс и турбулентной диффузией. На интенсивность процесса «сухого» отложения влияют

топография района, высота над уровнем моря и метереологические факторы.

Количественное соотношение между «мокрым» и «сухим» отложением радиоактивных

аэрозолей в различных частях земной поверхности зависит от климатических условий. В

умеренных широтах, основная часть радиоактивных загрязнений ( около 90%) выпадает с

осадками. В засушливых районах, наоборот, «сухие» выпадения вносят основной вклад в

радиоактивное загрязнение территории.

Количество выпадающих на земную поверхность радиоактивных осадков зависит

от времени года. Максимальное выпадение наблюдается в весенне-летний период, а более

низкое- осенью и зимой. За 4-5 весенне-летних месяцев в средних широтах выпадает

около 60 % годового отложения радионуклидов. Скорость отложения радионуклидов

принято выражать в Кюри на 1 км

за единицу времени. Нужно отметить, что основное

количество долгоживущих радионуклидов, стронция и цезия, попало в атмосферу в

результате ядерных взрывов, произведенных до 1963 г. (рис. 5). В 1963 году был

заключен Московский (Международный) договор о запрещении испытаний ядерного

оружия в трех средах: в атмосфере, космическом пространстве и под водой. После этого

времени в атмосферу поступило незначительное количество долгоживущих

радионуклидов в результате подземных ядерных взрывов с выбросом грунта и вследствие

аварий на атомных предприятиях. За это время содержание

137

Cs в стратосфере умень-

шалось с временем полувыведения, равным примерно одному году. Соответственно,

отложение

137

Cs на поверхность земли ежегодно уменьшалось на 50 % в Северном

полушарии и с несколько меньшей скоростью в Южном полушарии.

Рис. 5. Динамика поступления

Sr в стратосферу (1963 – 1975 гг.):

1 - в Северном полушарии; 2 – в Южном полушарии; 3- суммарное поступление

111