Основные источники радиоактивного загрязнения окружающей среды

Введение

Актуальность. Развитие и усовершенствование ядерных технологий, наличие разнообразных точек использования, переработки и захоронения радиоактивных отходов определяют необходимость изучения влияния радиоактивного загрязнения на живые организмы и проведения радиоэкологического мониторинга окружающей среды.
Радиоактивное загрязнение – это загрязнение окружающей среды, при котором живые организмы испытывают на себе негативное, а порой губительное воздействие радиоактивного излучения, заключающееся, в основном, в разрушении генетических информационных молекул и гибели клеток.
Наиболее частыми причинами радиоактивного загрязнения окружающей среды являются ядерные взрывы, при которых опасные радиоизотопные компоненты попадают в объекты окружающей среды, а также утечка радиоактивного сырья из атомных реакторов или радиоактивных источников.
В природную среду поступает огромное количество радионуклидов. В некоторых живых организмах радионуклиды могут аккумулироваться в значительных концентрациях, превышающих их содержание в природных нишах. Естественные и искусственные радионуклиды рассеиваются, встраиваются в биологические цепи, загрязняют сырье и продукты питания. Разумный подход к использованию ядерной энергетики позволит снизить радиоактивное загрязнение окружающей среды.
Цель работы: изучить основные пути поступления радионуклидов в живые организмы, выявить основные источники радиозагрязнения.
Задачи: провести анализ литературы по вопросам источников радионуклиды, путей их поступления в организмы животных и человека, изучить влияние радионуклидов на организм животных и сельскохозяйственную продукцию, определить пути решения проблемы загрязнения.
Методы работы: анализ литературных источников.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Методология оценки и прогнозирования состояния окружающей среды после радиоактивного загрязнений природного и антропогенного происхождения сложна, однако ее необходимость несомненна. Особенности такого воздействия в настоящее время широко изучаются, учитывая серьезные последствия произошедших в истории утечек радиации, это является своевременным и крайне актуальным. Минимизация последствий негативного радиоактивного воздействия возможна только в случае глубокого понимания особенностей функционирования природных систем, а также процессов происходящих в самой Земле.
Радиоактивное загрязнение относят к физическому загрязнению, определяемому как привнесение в окружающую среду источника энергии, проявляющееся в отклонении от нормы ее физических свойств. Физическая природа радиоактивности заключается в самопроизвольном превращении ядер, приводящих к изменению их массы и возникновению ионизирующего излучения, состоящего из трех видов ядерных излучений, называемых ά, β и γ-лучами. Характер взаимодействия с веществом определяется видом излучения и его энергией [2; 6].
Радиация или ионизирующее излучение – это потоки фотонов, элементарных частиц или атомных ядер, способные ионизировать вещество, сквозь которое они проходят. Сильное облучение вызывает лучевую болезнь и даже смерть, поскольку радиация разрушает клетки организма, разрывает химические связи в важнейших белковых и ферментных молекулах, управляющих всеми жизненными процессами. Гамма-лучи наиболее опасны, поскольку обладают весьма высокой проникающей способностью. Бета-лучи менее опасны, так как в воздухе проходят всего десятки сантиметров, альфа-лучи наименее опасны, поскольку не пробивают даже тонкие ткани [2]. 
По принципу воздействия радиацию можно разделить на два типа: воздействие радионуклидов и воздействие ионизирующего излучения. Радионуклиды попадают в наш организм с пищей, водой, воздухом, пылью. Это мелкие частицы радиоактивных элементов, опасные для организма и вызывающие необратимые изменения в клетках, которые могут привести к их гибели или несовместимым с жизнью мутациям. Ионизирующее излучение вызывает ионизацию. Ионы, проходя сквозь ткани, органы и клетки, ионы разрывают связи в молекулах, преобразуя их, изменяя функцию или деактивируя [1; 3].
Радиоактивные вещества и изотопы стабильных элементов, отличающиеся массой и неустойчивостью атомов, называются радионуклидами. Общее число известных радионуклидов достигает более полутора тысяч, а осуществление ядерных реакций приводит к образованию новых радионуклидов. В зависимости от устойчивости ядер радионуклиды подразделяют на следующие группы: короткоживущие (период полураспада менее 10 сут.); долгоживущие (большой период полураспада) [2].
Таблица 1 – Виды ионизирующего излучения

Корпускулярное
Фотонное
Альфа- излучение
Поток двух протонов и двух нейтронов, объединенных в целое (ядро атома гелия)
Гамма-
излучение

Возникает при изменении энергетического состояния атомных ядер (включая ядерный распад) или при столкновении (аннигиляции) частицы с античастицей
Бета- излучение
Поток электронов или позитронов


Протонное излучение
Поток протонов (ядер водорода)


Нейтронное излучение
Поток нейтронов

Рентгеновс
кое
излучение

Электромагнитное излучение с очень короткой длиной волны (0,006-1 нм), является совокупностью тормозного и характеристического излучения
Дейтронное излучение
Поток ядер изотопа водорода - дейтерия


Потоки многозарядных ионов


Продукты ядерных реакций деления


По происхождению источники радиоактивного загрязнения делятся на 2 группы: естественные и искусственные – возникшие в результате действий человека.
Естественные радионуклиды делятся на четыре группы:
• долгоживущие (уран-238, уран-235, торий-232);
• короткоживущие (радий, радон);
• долгоживущие одиночные, не образующие семейств (калий-40);
• радионуклиды, возникающие в результате взаимодействия космических частиц с атомными ядрами вещества Земли (углерод-14).
Разные виды излучения попадают на поверхность Земли либо из космоса, либо поступают от радиоактивных веществ, находящихся в земной коре, причем земные источники ответственны в среднем за 5/6 годовой эффективной эквивалентной доз, получаемой живым населением планеты, в основном вследствие внутреннего облучения [9; 10].
Известно, что в составе Земли имеются элементы, содержащие естественные радиоактивные изотопы, такие как калий, ванадий, рубидий и т.д., которые распределены в земной коре почти равномерно, в среднем составляет несколько миллионных долей [11].
Радионуклиды земного происхождения, например, калий-40, радионуклиды семейств урана-238, являются легко окисляющимися металлами, их окислы имеют малую плотность и содержатся в земной коре в основном в виде окислов и преобладают в земной коре [3].
Содержание радионуклидов в атмосфере, гидросфере, литосфере и их изменение определяются процессами их образования и переноса. В атмосфере земли присутствуют естественные радиоактивные газы: углекислый газ, содержащий углерод-14, который возникает от воздействия космических лучей на атмосферу, также дочерние продукты распада урана радий и радиоактивный газ радон, который выходит из Земли и создает концентрацию в атмосфере около одной миллиардной доли по весу. 
Естественные радиоактивные элементы условно можно разделить на:
1

. изотопы радиоактивных семейств урана, тория и актиноурана;
2. не связанные с первой группой радиоактивные элементы – калий-40, кальций-48, рубидий-87 и др.;
3. радиоактивные изотопы, возникающие под действием космического излучения – углерод-14 и тритий.
Искусственные источники радиационного облучения существенно отличаются от естественных не только происхождением. Во-первых, сильно различаются индивидуальные дозы, полученные разными людьми от искусственных радионуклидов. В большинстве случаев эти дозы невелики, но иногда облучение за счет техногенных источников гораздо более интенсивно, чем за счет естественных. Во-вторых, для техногенных источников вариабельность излучения выражена гораздо сильнее, чем для естественных источников. Наконец, загрязнение от искусственных источников радиационного излучения (кроме радиоактивных осадков в результате ядерных взрывов) легче контролировать, чем природно-обусловленное загрязнение.
Излучение, обусловленное рассеянными в биосфере искусственными радионуклидами, представляет собой искусственный радиационный фон (аварии на АЭС, отходы предприятий ядерной энергетики, использование искусственных ионизирующих излучений в медицине, народном хозяйстве). Технически изменённый радиационный фон представляет собой ионизирующее излучение от природных источников, претерпевших определённые изменения в результате деятельности человека.
Радиоактивное загрязнение природных средств в настоящее время обусловлено следующими источниками:
• глобально распределёнными долгоживущими радиоактивными изотопами – продуктами испытаний ядерного оружия, проводивших в атмосфере и под землёй;
• выбросом радиоактивных веществ из 4-го блока Чернобыльской АЭС в апреле – мае 1986 года;
• выбросом радиоактивных веществ при землетрясении, цунами и как следствии – повреждении станции Фукусима в Японии в марте 2013 года;
• плановыми и аварийными выбросами радиоактивных веществ в окружающую среду от предприятий атомной промышленности;
• выбросами в атмосферу и сбросами в водные системы радиоактивных веществ с действующих АЭС в процессе их нормальной эксплуатации;
• привнесенной радиоактивностью (твёрдые радиоактивные отходы и радиоактивные источники).
Энергия атома используется человеком в различных целях: в медицине, для производства энергии и обнаружения пожаров, для изготовления светящихся циферблатов часов, для поиска полезных ископаемых и, наконец, для создания атомного оружия.
Из тысячи искусственных радионуклидов наиболее интересны те, которые образуются при ядерных испытаниях (в результате реакций синтеза, реакций активации нейтронами и реакций деления тяжелых ядер). Также радионуклиды образуются в работе предприятий ядерного топливного цикла. На атомных электростанциях (АЭС) образуются продукты активации и деления атомов, на заводах по переработке выгоревшего ядерного топлива кроме радионуклидов, характерных для выбросов и сбросов АЭС, образуются также уран и радионуклиды трансурановых элементов – нептуний, плутоний, америций, кюрий и др.
В окружающую среду радий-226 выделяют предприятия по добыче и переработки различных ископаемых: урановых руд; добыча нефти и газа; угольная промышленность; предприятия по производству строительных материалов; энергетическая промышленность и др.
При этом, как показано учеными-ядерщиками, атомная энергетика вносит весьма незначительный вклад в изменение радиационного фона окружающей среды при нормальной работе ядерных установок. АЭС является лишь частью ядерного топливного цикла, который начинается с добычи и обогащения урановой руды. Отработанное в АЭС ядерное топливо иногда подвергается вторичной обработке. Заканчивается процесс, как правило, захоронением радиоактивных отходов [2; 11].
В окружающую среду выбросы большого количества радионуклидов возможны в результате аварий на АЭС. Эти катастрофы случаются не часто, зато наносят ощутимый вред природе и организмам.
Еще одним источником загрязнения антропогенного характера являются радиоактивные осадки, выпавшие в результате испытания ядерного оружия в атмосфере, и, несмотря на то, что основная часть взрывов была произведена еще в середине прошлого века, их последствия сказываются на биоте и поныне.
В результате взрыва часть радиоактивных веществ выпадает, часть задерживается в нижних слоях атмосфере и затем в течение месяца перемещается ветром на большие расстояния, постепенно оседая на поверхность почв, оставаясь на одной и той же широте. Однако большая доля радиоактивного материала забрасывается в верхние слои атмосферы и находится там более продолжительное время, рассеиваясь по поверхности.
Радиоактивные осадки содержат большое количество различных радионуклидов, но из них наибольшую роль играют цирконий-95, цезий-137, стронций-90 и углерод-14, периоды полураспада которых составляют соответственно 64 суток, 30 лет (цезий и стронций) и 5730 лет [10].
Радиоактивные вещества, попадающие в атмосферный воздух, оседают и попадают в почву, а за несколько лет радионуклиды из почвы поступают в растения, что является основным путем попадания их в пищу человека и животных