Іванов Є.А. Радіоекологічні дослідження

Подождите немного. Документ загружается.

Міністерство освіти і науки України

Львівський націо нальний у ніверситет

імені Івана Франка

Львів

Видавничий центр ЛНУ імені Івана Франка

2004

ББК E081.28я73-1

І-20

УДК 504.064.2:550.3(621.039.7)

Ре цензенти:

д-р хім. наук, проф. Й.Й. Ятчишин

(Національний університет „Львівська політехніка”)

д-р геогр. наук, проф. В.М. Петлін

(Львівський національний університет ім. І. Франка)

канд. геогр. наук М.П. Чемерис

(Волинський державний університет ім. Л. Українки)

Рек омендовано до др уку Вченою радою

Львівс ьк ого національного університету іме ні Івана Франка.

Проток о л № 19/5 від 26 травня 2004 р.

Відповідальний

редактор

д-р геогр. нау к , пр оф. І.П. Ковальчук

(Льві вс ьк ий національний університет ім. І. Франк а)

Іванов Є.А.

І-20 Радіо екологічні дослідження: Нав ч. посібник . – Львів: В ид авнич ий

центр ЛНУ імені Івана Франка, 2004. – 149 с.

Рис. 22; Табл. 6; Бібліограф. назв. 135.

ISBN

У пос ібнику висвітлено актуальні проблеми вивчення та основні поняття і

положення радіое кологі ї. Викладено методи проведення радіоекологічних

дос ліджень та у явлення про природні і техногенні джерела радіоактивного

забру днення до вкілля . Розглянуто сучасну радіаційну ситуацію в Україні та

особливості радіоактивного забруднення її екосистем. Розроблено пропозиції щодо

нормування радіоактивного навантаження і радіоекологічного моніторингу

дос ліджуваних територій. Показано значення радіоекологічних досліджень у

розвит ку суміжних екологічних галузей та розв’язання проблем геоекології.

Для студентів екологічних, географічних, геологічних і біоло гічних

спеціальностей вищих навчальних закладів освіти, а також усіх, хто цікавиться

проблемами радіоекології.

ISBN

ПЕРЕДМОВА

Перед світовою спільнотою чимраз гостріше постає проблема

негативної екологічної дії радіації на довкілля. Це зу мовлено

невпинним зростанням кількості радіоактивних речовин як природ-

ного, так і техногенного походження, підвищенням інтенсивності

космічних променів, унаслідок чого екологічні системи (еко-

систе ми) Землі зазнають де далі більшого впливу іонізую чого випро-

мінювання.

Підвищення рівня радіоактивності навколишнього природного

середовища зумовлено передусім розвитком ато мної енергетики,

активним використанням джерел іонізую чого випромінювання у

медицині й промисловості, а також радіоактивних речовин у техніці,

наук ових та військових дослідженнях. Унаслідок руйнування

людиною озонового шару атмосфери також посилюється згуб на дія

ультрафіолетових променів.

Радіо активне забруд нення до вкі лля досяг ло г л обал ь них катастро-

фі чних масштабів. Воно відбувається у результаті випробувань

ядерної зброї , аварій на об’єктах атомної енергетики, під час

видобутку й переробки ядерного палива тощо. Найтяжчими для

екосистем світу, а особливо для здоров’я людини стали еко логічні

наслідки найбільшої техногенної катастрофи на Чорн обильській

ато мній електростанції. Отже , лю дс тво вже сього дні повинно в чит ися

запобігати та протид іяти не гативному впливові раді ації на екосистеми.

Усвідомлення важливості радіоекології – науки, яка вивчає дію

іонізую чого випромінювання на еко логічні системи, її значення для

розв’язання проблем оптимізації природног о серед овища сприяли

актив ному проведенню досліджень у цій галузі. Сучасні радіоеко-

логічні дослідження набули міждисциплінарного характеру на

ґрунті зв’язків із суміжними науками: еко логією, географією, геоло-

гією і біологією. Це зумовило широту їхньої науково-методологічної

основи.

Ос танні м и роками про ведено великий обсяг цінних ві т ч изня них

та закордонних радіоекологічних досліджень, опубліковано чимало

праць з цієї проблеми. У радіоекології постійно виникають нові

факти, теоретичні положення, погляди, методи й прикладні

розробки. Попри це, побутує проблема, зумовлена опрацюванням

результатів досліджень, спричинена відмінністю у позиціях

прихильників розвитку атомної індустрії та активних захисників

довкілля. Незважаючи на відмінність у поглядах, радіоекологічні

дослідження збагачують новими знаннями сучасну еко логію. У

пропонованому посібнику зроблена спроба відо бразити різноманіт-

ність ідей сучасної ра діоекології, узгодити окремі погляди щодо

відтворення картини реакції екосистем на дію іонізую чого випромі-

нювання.

В ос нову ле кці й по кладені рез уль тати власних радіоеколо гі чних

досліджень у межах Дрогобицького , Червоноградськ ого і Яворівсь-

кого гірничопромислових районів та м. Львова; опрацювання

літературних, фондових і картографічних матеріалів з радіоекології;

використання Інте рнет-ресурсів на тему радіаційної безпеки.

Структура навчального посібника зумовлена програмою спец-

курсу „Радіоекологія лан дшафтів”, який читає автор на географіч-

ному факультеті Львівського національного університету імені Івана

Франка для ст удентів спеціальності „Еко ло гія та охорона навколиш -

нього природного середовища”. В першому розділі розглянуті

го ловні поняття і положення ра діоекології; в другому – подано мето-

дику проведення радіоекологічних досліджень; у третьому – оцінені

наявні джерела радіо активног о забруд нення до вкі лля; в четве р т ому –

на прикладах розкриті особливості радіоа ктивного забруднення

екосистем; у п’ятому – проаналізована сучасна радіаційна ситуація

на Україні; в шосто му – з’ясовується проблем а нормування радіа-

ці йног о нав антаж ення; в сьомому – рекомендовані підходи що до

вдосконалення системи ра діоекологічного моніторингу досліджу-

ваної території.

У посібнику поданий рекомендований список літератури, а

також наведені посилання на використані літературні джерела та

адреси в Інтернеті. З метою поліпшення сприйняття матеріалу

наведені до датки, у то му числі й словник головних термінів, які

вик ористовують під час радіое ко ло гі чних досліджень (див. до дато к А),

а також ко нтрольні запитання з кожної теми та предметний покаж ч ик .

Автор висловлює щиру подяку завідувачу кафедри к онструкт-

тивної географії і картографії Львівського національного універси-

тету імені Івана Франка, доктору географічних наук, професору

І.П. Коваль чуку за цінні вказівки й надану до помогу в процесі

написання посібника. Автором також враховані корисні поради

рецензентів, зокрема директора Інституту хімії та хімічних

технологій Національного університету „Львівська політехніка”,

доктора хімічних наук, професора Й.Й. Ятчишина, професора

кафедри фізичної географії Львівського національного університету

імені Івана Франка, докт ора географічних наук В.М. Петліна та

завіду ва ча кафедри фі з ично ї географії В олинсько го державного

університету імені Лесі Українки, кандидата географічних наук,

доцента М.П. Чемериса .

РОЗДІЛ 1

ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ І ПОЛОЖЕННЯ

РА Д І О Е КОЛ О Г І Ї

1.1. Визначення й напрями ро зв итку радіое коло г ії

Визначення і об’єкт радіоекології. Відома низка різних визна-

чень радіоекології як науки, що досліджує розподіл, міграцію та

кругообіг радіоактивних речовин у екологічних систе мах (ек осисте-

мах), а також дію іонізую чого випромінювання на біогеоценози

(Гродзинський, 2000). Во дночас існує ду мка, що радіоекологія

вивчає вплив іонізую чого випромінювання і радіоактивних елементів

на все природне середовище та окремі його компоненти, а також

екосистемну міграцію радіонуклідів (Сапожников, Бердоносов,

1995). Тобто радіоекологію, з одного боку, розглядають як розділ

радіобіології, а з іншого – як самостійний наук овий напрям, що

сформувався на стику радіології й екології.

Більшість фахівці в-радіоло гів (Ильенко, Криволу цк ий, 1985;

Сапожнико в, Бердоносов, 1995; Холл, 1989 та ін.) дотримуються

ду мки, що під раді оеколо гі єю слід роз уміти самост ійний наук овий

напр я м . На їхню думк у радіое к ологія – це наука, що вив ч ає

різноманітні аспект и дії іонізую чого раді оак т ивног о випр омі ню вання

на екосистеми різних рівнів територіально-просторової організації,

в тому числі на їхні живу і неживу складові.

Будь-яка самостійна наук ова дисципліна має чітко визначений

об’єкт досліджень. В екології таким об’єктом вважається взаємодія

живих організмів та їхніх угруповань із рештою компонентів

довкілля. Виходячи з такого розуміння об’єктом досліджень у

радіоекології є відповідна реакція екосистем на дію іонізую чого

випромінювання.

Із пода них визначень радіоекології очевидно, що коло реальних

об’єктів, у межах яких досліджується вплив іонізую чого випро-

мінювання на природне середовище, надзвичайно широк е. Воно

охоплює всі складові екосистеми: літогенну основу, ґрунтовий

покрив, водне та повітряне середовища, рослинний та тваринний

світ, а, зрештою, й людину. Об’єктом радіоекологічного дослідження

також вважається сукупність природних (геологічних, гео морфо-

логічних, фізи ко-географічних та ін.) процесів, що відбуваються в

екосистемах.

Напрями радіоекології. Унаслідок різноманітності досліджу-

ва них екологічних об’єктів і процесів радіоекологія використов ує

різні методи досліджень, запозичивши їх у фізики, хімії, біології,

генетики і географії. Відповідно до рівнів організації природних чи

техногенних екосистем, у радіоекології виділяють розділи , які

виступають як самостійні наукові напрями: радіаційна фізика ,

радіаційна хімія, радіобіологія, радіаційна генетика і радіаційна

географія. Зауважимо, що ці розділи радіоекології тісно пов’язані

між собою, доповнюють один одного й у сукупності створюють

загальну теорію і методику дії іонізую чого випромінювання на

екосистеми.

Радіаційна фізика розглядає процеси передачі енергії компо-

нентам природного середовища іонізуючого випромінювання на

рівні атомів і молекул. Будь-який процес у ра діоекології розпо-

чинається саме із взаємодії радіації з речовиною, тобто фізичного

явища.

Радіаційна хімія вивчає властивості різних хімічних форм і

сполук, які виникли внаслідок дії іонізую чого випромінювання із

іншими речовинами та особливості їх відповідних хімічних пере-

творень. Із застосуванням методів радіаційної хімії досліджують

реакції, що відбуваються за участю змінених опроміненням

активних хімічних форм молекул.

Радіобіологія вивчає вплив іонізую чого випромінювання на

біогеоценози різних рівнів, у тому числі на тваринні та рослинні

угруповання й людину. Водночас вона досліджує реакції на

опромінення будь-яких біологічних систем, а також особливості

процесів, що спричинюють формування еко логічної відповід і біоге о-

цено зу на вплив раді ації.

Радіаційна генетика досліджує механізми виникнення генетич-

них та спадкових змін й мутацій унаслідок опромінення клітин,

процеси їхнього збереження, перетворення тощо.

Радіаційна географія ро зг ляд ає питання просто рово-те рит орі аль-

но го ро зміщення об’єкт і в раді ое ко ло гі чног о дослідження, анал ізу є

осо б ливості радіаційної ситуації в екосисте мах локального, реґіо-

нального і глобального рівнів.

Факти з історії радіоекол о г ії . Явище радіоактивності не

нове – новизна полягає лише у тому, що люди навчилися його

вик ористовувати. На Землі радіоактивність існувала ще до

зародження життя і вже була присутня в космічному просторі до

виникнення самої планети. Навіть людина, певною мірою, є дещо

радіоактивною, оскільки в її організмі у незначній кількості

присутні радіоактивні речовини.

Дослідження екологічної дії іонізую чого випр омі ню вання розпо -

чалося відразу після відкриття цього явища Вільгельмом Рентгеном

у 1895 р. та природної радіоактивності Анрі Бекерелем у 1896 р.

Цією проблемою зацікавилися Марія і П’єр Кюрі, які у 1898 р.

ввели раніше неіснуюче поняття „радіоактивність” і визначили, що

уран має властивість перетворюватися в інші радіоактивні хімічні

елементи. Головним об’єктом радіоекологічних досліджень кінця

ХІХ ст. була бу дова атома урану, радію, плутонію, цезію тощо.

На жаль, учені-першовідкривачі й зіткнулися першими із

небезпечною дією іонізуючого випромінювання, а саме – з його

руйнівним впливом на тканини людини. Анрі Бекере ль зазнав опіку

шкіри, коли пробірку з ра дієм поклав до кише ні, а Марія Кюрі

померла від злоякісного захворювання крові, оскільки не раз працю-

вала з радіоа ктивними матеріалами.

Ст ановлення радіоекології на Україні не відставало від світо-

вого рівня. Вже у 1896 р. І. Тарханов та О. Кулябко виявили, що

внаслідок опромінення радіацією паростків окремих рослин припи-

няєть с я їхній розвиток (Гродзинс ький, 2000). Протягом 1986–1917 рр.

на Україні створено потужну мережу рентгенодіагностичних кабіне-

тів, а з 1910 р. в Одесі розпочала працювати потужна радіологічна

лабораторія, де досліджув алась прир одна і техног енна раді о ак тив-

ні с т ь , дія іонізуючого випромінювання, вирішу вались проблеми

радіотерапії і дозиме трії.

Значним поштовхом у розвитк у радіоекології послужило

вивчення наслідків ядерного бомбардув ання японських міст Хіро-

сіми й Нагасакі у 1945 р. Саме тоді світу стало зрозуміло, що

людство оволоділо вкрай небезпечною ядерною зброєю. Це підтвер-

дили численні ра діоекологічні експерименти, що супроводжували

багаторічні випробування ядерної зброї у ряді де ржав світу.

Особливо гостро постала проблема забруднення довкілля у резуль-

таті цих випроб увань і еко логічної дії малих доз радіації. Відтак у

1950–60-х роках ХХ ст. розпочалося формування радіоекології як

науки, яка на той час вивчала поширення у природному середовищі

проду ктів под ілу урану, що розносилися по всі й зе мній ку лі й у вигляд і

глобал ь них опадів ос ід али на поверхні ко нт инентів та океанів.

Аварія на Чорнобильській АЕС у 1986 р. викликала черговий

спалах інтересу до радіоекології. Над екологічними проблемами, від

вирішення яких залежить ефективність заходів боротьби з негатив-

ними наслідками впливу радіації на людину, починають працювати

численні фа хівці-радіоекологи на Україні та за к ордоном. Особливої

актуальності у цей час набувають дослідження еко логічної дії малих

доз опромінення на довкілля.

1.2. Х арактеристика іо нізу ючого випромінювання

Типи іонізуючого випромінювання. Радіоекологія досліджує

вплив на екосистеми різних рівнів радіоактивного іонізую чого

випромінювання – електромагнітних хвиль, потоків заряджених

елементарних частинок ато ма (електронів, протонів, нейтронів,

позитронів) та прискорених ядер хімічних елементів. Ці типи

іонізую чого випромінювання відрізняються за властивостями, що

визначають характер їх взаємодії з компонентами природного

середовища.

До іонізуючого випромінювання відносять радіоактивне випро-

мінювання різних типів, які за час проходження крізь матерію ,

здатні іонізувати аб о зб уджу ва ти ато ми і моле кули її хімі ч них

елементів. Розрізняють два типи іонізуючого випромі нювання –

електромагнітне (некорпускулярне) і корпускулярне (Гродзинський,

2000).

Електромагнітне випромінювання являє собо ю сукупність

змінних станів електричного й магнітного полів, які поширюються

довкіллям у вигляді хвиль. До електромагнітного випромінювання

відносять ультрафіолетові промені з довжиною хвилі (λ) від 400 до

50 нм, рентгенівські про м ені (λ від 50 до 0,01 нм) та гамма-

випромінювання (λ менш як 0,01 нм).

Ультрафіолетові промені маю ть природне походження і надхо-

дять на земну поверхню від Сонця із космічного простору. Вони

шкідливі для живих складових ек осистеми. Останнім часом потуж-

ність у льтрафіолетового випромінювання значно збільшилася внаслі-

док зменшення щільності захисного озонового шару Землі і

виникнення „озонових дір”. Рентгенівські промені виникають

шту чно в результаті гальмува ння заряджених частинок в електрич-

ному полі, яке й генерує це електромагнітне випромінювання. Для

генерації рентгенівського випромінювання застосовують поширені у

медицині рентгенівські апарати.

Корпускулярне випромінювання – це потік частинок, які маю ть

ненульове значення маси спокою (Бак, Александер, 1963). До цього

типу випромінювання відносять потоки найменших частинок атома

(електронів, протонів), ядер різних хімічних елементів (гелію,

кисню та ін.), а також нейтронів – елементарних незаряджених

частинок.

Пото ки нейт ронів одержують в ядерних реакторах і у спе ціаль-

них нейтронних генераторах на основі ланцюгових ядерних реакцій,

які є важливою складовою випромінювання, що супроводжує бу дь-

який атомний вибух. Особ ливості альфа-, бета- і електромагнітного

гамма-випромінювання розглядатимемо під час вивчення власти-

востей радіоактивного розпаду.

Головним об’єктом радіоекологічних досліджень, як уже

зазначалось, є атом, точніше, – його бу дова. Атом радіоактивного

елемента за бу довою схожий на ато ми інших хімічних елементів.

Зага лом він нагадує Сонячну систему у мініатюрі: довко ла

маленького ядра по орбітах рухаються “планети” – електрони.

Ядро, як правило, складається з менших частинок, щільно з’єднаних

між собою. Деякі з цих частинок, які мають позитивний заряд,

називаються протонами. Число протонів у ядрі визначає вид хіміч-

ного елементу, до яко го в ідноситься цей атом. Наприклад, ядро

атома водню має лише один протон, ат ома кисню – 8, а урану – 92.

У кожному ато мі кількість електронів на орбітах дорівнює кільк ості

протонів у ядрі. Електрони мають негативні заряди, які рівні

зарядам протонів, отож у цілому заряд ато ма стабільного хімічного

елементу є нейтральним.

В ядрі, як правило, присутні й частинки відмінного типу, які

називаються нейтронами, оскільки вони електрично нейтральні.

Ядра атомів бу дь-яког о хімічного елементу володіють однаковою

кількістю протонів, проте кількість нейтронів може бути різною.

Атоми, які мають ядра з однаковим числом протонів, але