Распространение радиоактивных веществ в природе и техногенной среде

По происхождению радионуклиды подразделяются на естественные, образовавшиеся в процессе эволюции Земли, и искусственные, полученные человеком в атомных реакторах и других энергетических установках.

По условиям распространения в окружающей среде и источникам радионуклиды можно подразделить на группы:

первая — радионуклиды природного происхождения, создающие естественный (натуральный) радиационный фон среды обитания;

вторая — радионуклиды, накапливающиеся в результате промышленного сжигания органического топлива (ТЭЦ, ГРЭС);

третья — концентрированные источники ионизирующих излучений от приборов, аппаратуры и эталонов;

четвертая — радионуклиды ядерно-топливного цикла.

Каждая из этих групп характеризуется следующим образом.

Радионуклиды природного происхождения создают естественный (натуральный) радиационный фон. Это фон, создаваемый космическими лучами и излучением природных радионуклидов, рассредоточенных в горных породах, почве, растительном и животном мире. Они присущи всей живой природе, их полное отсутствие ведет к угнетению жизнедеятельности, о чем подробнее будет сказано далее. Такова природа материи. Основную часть облучения (более 80 % годовой эквивалентной дозы) население земного шара получает от естественных источников радиации.

Среди естественных радионуклидов тоже выделяют четыре группы:

  • • долгоживущие — 238U, 235U, 232Т;
  • • короткоживущие — 223Ra, 224Ra, Rn и другие дочерние продукты распада урана, актиния, тория;
  • • долгоживущие одиночные радиоактивные изотопы, не образующие семейств (40К);
  • • радионуклиды, возникающие в результате взаимодействия космических частиц с атомными ядрами вещества Земли (14С и др.).

В зависимости от природных зон и природы предметов естественный уровень радиации изменяется от нескольких десятых до сотых долей микрозиверта в час (зиверт — единица эквивалентной дозы излучения в СИ, Зв) и не представляет угрозы человеку. Однако в природе встречаются зоны с аномально высоким естественным уровнем радиации, который обусловлен выходом на дневную поверхность изверженных интрузивных (преимущественно гранитов) и эффузивных горных пород, зон оруденений и распространением природных материалов, способных аккумулировать радионуклиды.

Высокой радиоактивностью часто характеризуются угли, фосфориты, горючие сланцы, некоторые глины и пески, в том числе пляжные. Зоны повышенной естественной радиоактивности на территории России имеются в европейской части, Зауралье, Западной Сибири, Прибайкалье, Краснодарском и Ставропольском краях, на Полярном Урале, Дальнем Востоке, Камчатке, Чукотке. Значительная часть урана на этих территориях обладает высокой миграционной активностью, вследствие чего такие радионуклиды активно мигрируют в почвы, поверхностные, подземные воды и соответственно включаются в пищевую цепь живых организмов.

Этот процесс трудно контролировать, но в мировой практике имеются научные подтверждения, что именно природные источники ионизирующего излучения в зонах аномальной радиоактивности вносят основной вклад (до 70 %) в суммарную дозу облучения населения, равную 420 мбэр/год, 0,0042 Зв/год (бэр — внесистемная единица эквивалентной дозы излучения). Эти источники при длительном воздействии на человека вызывают различные заболевания, вплоть до генетических изменений в организме.

Серьезную опасность для здоровья представляют строительные материалы, добытые или изготовленные из исходных материалов с повышенным уровнем радиации. Этим обусловлена обязательность сертификации строительных материалов на радиационную безопасность.

Аномально высокая радиоактивность территорий — одна из разновидностей биогеохимических аномалий. Примером такой аномалии является урановая провинция Атабаска (Канада) площадью около 3 тыс. км2. Она выражена высокими концентрациями урана в хвое черной канадской ели и связана с поступлением его аэрозолей по активным глубинным тектоническим разломам земной коры. На территории России такие аномалии известны в Забайкалье.

Особого внимания заслуживает радон. В зонах тектонических нарушений земной коры, повышенной сейсмичности и развития кислых изверженных пород (граниты) по трещинам и тектоническим разломам на дневную поверхность из недр выделяется радон. Это — газ, который в 7,5 раз тяжелее воздуха. Он образуется в результате распада урана и тория, растворяется в воде и накапливается в виде газа в почве, подвальных помещениях и нижних этажах зданий. В процессе радиоактивного распада он излучает альфа, бета-частицы и гамма-лучи. Из известных изотопов 222Rn, 2l9Rn и220 Ra наиболее опасны 222Rn и продукты его распада. Период его полураспада, Т1/2 3,82 сут. Радоновое облучение составляет примерно 75 % от общего естественного облучения населения. Среднегодовая эквивалентная активность изотопов радона в воздухе жилых помещений не должна превышать 200 Бк/м3 (беккерель — единица активности нуклида в радиоактивном источнике в СИ, Бк). По этой причине нижние этажи жилых помещений и подвалы должны быть проветриваемыми. Вопрос герметизации жилых помещений для сохранения тепла и радонового загрязнения получил название «шведская проблема». В связи с этим важно знать территории потенциально возможного радонового загрязнения и соблюдать режим проветривания помещений нижних этажей и подвалов.

Радионуклиды из продуктов сгорания органического топлива накапливаются в атмосферном воздухе и осадках в результате сжигания на ТЭЦ жидкого, твердого и газообразного органического топлива. Это главным образом радиоактивные изотопы химических элементов, входящих в состав топлива. Наиболее распространенные из них: 14С, Тт = 5730 лет; 32Р, Г,_2 = 14,3 сут; 22Na, Тш = 2,6 года; 90Sr, Tm = - 28,6 лет; I, I, I, Т1/2 - 60 сут; 8 сут, и 2,3 ч соответственно; l37Cs — Т/2 = 30 лет. Некоторые виды углей содержат 233U, 238U и другие радиоактивные элементы.

Радиоактивные изотопы этих видов попадают в человеческий организм через дыхательные пути и кожный покров. В организме они аккумулируются избирательно.

Радиационный фон от оборудования и приборов, в которых используются источники ионизирующих излучений. К этой группе относятся: рентгеноаппаратура для диагностики и лечения ряда заболеваний, детекторы дыма в пожароизвещателях (содержат Ат и Ри; Т[/2 = = 24 400 лет), рентгеноаппаратура для досмотра багажа, рентген-дефектоскопы, анализаторы масел, различного рода циферблаты и датчики, аппаратура для поиска и разведки полезных ископаемых, научных исследований, определения ряда параметров горных пород, свойств строительных материалов и грунтов, влажности почв и т. д. Для эталонирования многих приборов используются эталоны-капсулы с радиоактивной солью. За последние десятилетия создано несколько сотен искусственных радионуклидов, которые используются в названных выше приборах.

В медицине широко применяется лучевая терапия раковых и других заболеваний с использованием кобальта, радиоизотопная диагностика с использованием изотопов йода и других элементов, рентгенотерапия и диагностика.

Все указанные выше источники ионизирующих излучений относятся к концентрированным источникам с известными характеристиками: состав, масса, мощность излучений. Они снабжены инструкциями по использованию с требованиями безопасности. Некоторые источники снабжены экранирующими материалами. В таких условиях требуется лишь строгое соблюдение правил и норм радиационной безопасности на рабочих местах.

В медицинской практике для лечения больных широко применяется радон естественного и искусственного происхождения. Радон природного происхождения распространен в подземных водах, приуроченных преимущественно к гранитным массивам с повышенной радиоактивностью. Наиболее известные в странах СНГ радоновые воды и грязи: Хмельник Винницкой области (Украина), Пятигорск, Цхалтубо, Кисловодск.

Искусственный радон изготовляется в лабораторных условиях. Источник радона — хлорид радия-228, 226 с периодом полураспада 1600 лет. Места естественного распространения, изготовления и применения радона являются объектами повышенной радиационной опасности.

Концентрация радона в воде измеряется в единицах махе1: 14— 110 — слаборадоновые, 110—550 — среднерадоновые; более 550 — высокорадоновые. 1 махе = 0,364 микроКи/л[1] [2] [3] [4] [5] [6].

Короткоживущими продуктами распада радона являются изотопы Ро, РЬ, Bi и др.

Радионуклиды ядерно-топливного цикла. Этот цикл представляет собой комплекс производственных процессов, конечной целью которых является получение электричества или тепла на основе использования ядерной энергии. В его состав входят предприятия по добыче и переработке руды, ее обогащению, изготовлению ядерного топлива, производству энергии, переработке, удалению, транспортировке и захоронению радиоактивных отходов.

На каждом из перечисленных этапов ЯТЦ имеется опасность загрязнения среды радионуклидами главным образом вследствие нарушения технологических процессов и хищения радиоактивных материалов.

В отличие от первых трех групп источников ионизирующих излучений, представляющих опасность для всего населения, радиационный фон от ЯТЦ локализован в пределах охранных зон ядерных производств, более строго контролируется и воздействует главным образом на работающий персонал. Кроме того, из всей гаммы радионуклидов в данном случае речь идет лишь о трех: 235U — естественного и 239Pu + 233U, получаемых искусственно в процессе ЯТЦ. АЭС — основное звено ЯТЦ, а ядерный реактор — главный элемент АЭС. Это — активная зона, которая окружается отражателем нейтронов, расположенным в корпусе реактора. Корпус реактора защищен бетонным биологическим заграждением. Во всей системе безопасность персонала учтена, процессы контролируемы. Лишь аварийный процесс может вызвать осложнения радиационной безопасности окружающей среды. Ядерный реактор имеет пять ступеней защиты. Пятая ступень — сброс котла в шахту, если не сработали предыдущие четыре. Вокруг АЭС создается зона повышенного риска радиусом 30 км.

2-я, 3-я и 4-я группы источников ионизирующих излучений образуют техногенно измененный радиационный фон — фон, измененный деятельностью человека.

Территория вокруг источников ионизирующих излучений, на которых уровень облучения людей в условиях эксплуатации данного источника в нормальном режиме может превысить установленный предел дозы облучения для населения, представляют собой санитарно-защитные зоны. Они обозначаются на местности. В пределах СЗЗ запрещается постоянное и временное проживание людей, вводится режим ограниченной хозяйственной деятельности, систематически осуществляется радиационный контроль.

  • [1] махе — внесистемная единица измерения радиоактивности минеральныхвод, названа в честь австрийского физика Г. Махе, автора первой научной публикации о радиоактивности вод курорта Гаштайн, известного с XV в.
  • [2] Кюри (Ci — Ки). Введена в 1910 г. Кюри — традиционная единица измере
  • [3] ния радиоактивности, равная радиоактивности 1 грамма чистого радия-226. Она
  • [4] эквивалентна 37 млрд распадов в секунду (37 млрд беккерелей). Кюри очень боль
  • [5] шая величина, поэтому обычно используют дольные единицы: нанокюри, 1 нКи =
  • [6] = 1 • 10-9 Ки = 37 Бк.
 
Посмотреть оригинал