- Учителю
- Химия и проблемы охраны окружающей среды. Ядерная физика
Химия и проблемы охраны окружающей среды. Ядерная физика
Предмет: химия
Класс: 11
Тема: Химия и проблемы охраны окружающей среды. Ядерная физика.
Профиль: общеобразовательный
Уровень: общий
Текст задачи: Наука исполнила свой долг, перед людьми, приучив атом, она обратила его энергию в мирные дела. На территории нашей области находится Курчатовская АЭС, станция работает на ядерном топливе. В процессе обработки топлива образуются радиоактивные отходы, которые после захоронения негативно действуют на человека, животных и растения.
Как атомная станция и ее отходы влияют на окружающую среду.
А) Выделите ключевые слова для информационного поиска.
Нестабильные атомные ядра (радионуклиды), искусственные радионуклиды, радиоактивные ряды, спонтанный распад, период полураспада, ядерное излучение: альфа - излучение, бета - излучение, гамма - излучение, ядерная реакция, получение радиоактивных нуклидов, ядерный реактор, атомная станция, термоядерный реактор, защита от радиации.
Б) Найдите необходимую информацию.
1. Ресурсы атомной энергетики
2. Воздействие атомных станций на окружающую среду
3. Выбросы и сбросы вредных веществ при эксплуатации АС. Перенос радиоактивности в окружающей среде.
4. Воздействие радиоактивных выбросов на организм человека.
5. Виды радиоактивного излучения.
6. Пути проникновения радиации в организм человека.
7. Ограничение опасных воздействий АС на экосистемы.
8. Уничтожение опасных отходов.
9.О нормировании уровня загрязнения окружающей среды.
10. Значения допустимых концентраций для радионуклидов.
В) Обсудите и проанализируйте собранную информацию.
Радиоактивные загрязнения имеют существенное отличие от других.
Радиоактивные нуклиды - это ядра нестабильных химических элементов, испускающие заряженные частицы и коротковолновые электромагнитные излучения.
Именно эти частицы и излучения, попадая в организм человека. Разрушают клетки, вследствие чего могут возникнуть различные болезни, в том числе и лучевая.
В биосфере повсюду действуют естественные источники радиоактивности. И человек, как и все живые организмы, всегда подвергаются естественному облучению. Внешнее облучение происходит за счет излучения космического происхождения и радиоактивных нуклидов, находящихся в окружающей среде. Внутреннее облучение создается радиоактивными элементами, попадающими в организм человека с воздухом, водой и пищей.
Наибольшую опасность представляет радиоактивное загрязнение биосферы в результате деятельности человека.
В настоящее время радиоактивные элементы широко используются в различных областях.
Халатное отношение к хранению и транспортировке этих элементов приводит к серьезным радиоактивным загрязнениям.
Все острее встает проблема складирования и хранения радиоактивных отходов военной промышленности и атомных электростанций. С каждым годом они представляют все большую опасность для окружающей среды.
Таким образом, использование ядерной энергии поставило перед человечеством новые серьезные проблемы.
Г) Сделайте выводы.
В конечном итоге можно сделать следующие выводы:
Факторы «За» атомные станции:
1. Атомная энергетика является на сегодняшний день лучшим видом
получения энергии. Экономичность, большая мощность, экологичность при
правильном использовании.
2. Атомные станции по сравнению с традиционными тепловыми
электростанциями обладают преимуществом в расходах на топливо, что особо ярко
проявляется в тех регионах, где имеются трудности в обеспечении топливно-
энергетическими ресурсами, а также устойчивой тенденцией роста затрат на
добычу органического топлива.
3. Атомным станциям не свойственны также загрязнения природной среды
золой, дымовыми газами с CO2, NOх, SOх,
сбросными водами, содержащими нефтепродукты.
Факторы «Против» атомных станций:
1. Ужасные последствия аварий на АЭС.
2. Локальное механическое воздействие на рельеф - при строительстве.
3. Повреждение особей в технологических системах - при эксплуатации.
4. Сток поверхностных и грунтовых вод, содержащих химические и
радиоактивные компоненты.
5. Изменение характера землепользования и обменных процессов в
непосредственной близости от АЭС.
6. Изменение микроклиматических характеристик прилежащих районов.
Д) Сравните ваши выводы с выводами известных людей.
3. Яворовский - крупный ученый в области радиоэкологии и радиационной защиты. Его исследования и многочисленные научные публикации посвящены изучению поведения естественных и искусственных (глобальных) радионуклидов в биосфере и гигиенической оценке их влияния на человека и среду его обитания. 3. Яворовский внес весомый вклад в развитие представлений о радиационном гормезисе. Он активный оппонент концепции о беспороговом действии ионизирующего излучения, принятой НКДАР и МКРЗ и положенной в качестве рабочей гипотезы в основу нормирования излучения и прогноза стохастических эффектов радиации.
Предлагаемая читателю статья недвусмысленно отражает научную и гражданскую позицию автора. Следует отметить, что проф. 3. Яворовский не одинок в критике практических следствий, вытекающих из этой гипотезы. В настоящее время дискуссии в этой области продолжаются.
Несмотря на некоторую эмоциональную окраску полемики автора, мы разделяем основные выводы 3. Яворовского, в том числе касающиеся постчернобыльских событий в нашей стране и роли средств массовой информации. Л.А. Ильин, академик РАМН
Чернобыль в исторической перспективе. Психосоматические последствия проявились у большого числа жителей загрязненных областей Белоруссии, Украины и России. Причиной таких заболеваний была не радиация и не другие физические факторы, а истерическая радиофобия, вызванная средствами массовой информации и неправильной политикой регулирования, которая основана на линейной беспороговой гипотезе и рекомендациях МКРЗ. Если не рассматривать огромные экономические потери Советского Союза и других стран, большая часть которых явилась результатом неразумной политики, то авария на Чернобыльской АЭС по числу острых и отдаленных последствий для здоровья людей в сравнении с другими промышленными авариями XX в. не является наихудшей. Например, в 1963 г. разрушение речной плотины в Вайонте (Италия) уничтожило 5 деревень и вызвало смерть 2600 чел. В 1996 г. выброс 30 т мелиизоцианида с завода искусственных удобрений в Бхилаи (Индия) сопровождался мгновенной гибелью 1762 чел. и 15 тыс. жертв в последующие годы; примерно 200 тыс. чел. пострадали от легочных и глазных заболеваний, нарушений центральной нервной системы, включая паралич, генетических и иммунологических аномалий [29].
Поразительно, что две наиболее известные аварии на «Три-Майл-Айленд» и в Чернобыле, которые навсегда запечатлелись в памяти общества, привели к наименьшему числу жертв (в первом случае смертных случаев вообще не было). Одна из причин этого искаженного восприятия действительности - линейная беспороговая гипотеза радиационных повреждений, которая также ответственна за возникновение и увековечивание панических историй. В наступающем десятилетии опровержение этой гипотезы должно помочь созданию более рационального подхода к радиационной защите населения и более реалистической оценке риска за счет ядерной промышленности.
Чернобыль был наихудшей возможной катастрофой на плохо сконструированном ядерном реакторе с полным расплавлением активной зоны, сопровождавшейся свободным диспергированием радионуклидов в атмосфере. Ничего худшего не могло произойти. Эта авария почти сразу вызвала гибель такого количества людей, которое соответствует примерно половине числа жертв автомобильных катастроф в конце каждой недели в Польше. Когда иррациональные разговоры и эмоции, вызываемые Чернобылем, стихнут и успокоятся, эта катастрофа будет рассматриваться как доказательство того, что ядерные реакторы являются безопасным средством производства энергии.
Возможные информационные источники:
Физика. Справочник школьника и студента .Под.ред.проф. Р.Гёбеля.М.Дрофа, 2000 г.
Физика: Для школьников старших классов и поступающих в вузы.М.Дрофа.2001 г. Яворский Б.М.
СПАС 88/93 «Санитарные правила проектирования и эксплуатации атомных станций» Утвержден: Минздрав РФ, 1993 г.
Федеральное агентство по атомной энергии
Руководящий документ
Контроль охраны окружающей среды на атомных станциях
Методические РД ЭО 0604 - 2005.
З.Яворский - крупный ученый в области радиоэкологии и радиационной защиты.
Ольсевич О.Я., Гудков А.А. Критика экологической критики. - М.:
Мысль, 1990. - 213с.
Ядерная и термоядерная энергетика будущего/Под ред. Чуянова В.А. -
М.: Энергоатомиздат, 1987. - 192с.
Ядерный след/ Губарев В.С., Камиока И., Лаговский И.К. и др.; сост.
Малкин Г. - М.: ИздАТ, 1992. - 256с.
Ефимова Н. Ядерная безопасность: у кого искать защиты? / "Экономика и
время", №11 от 20 марта 1999.
Д. Никитин, Ю. Новиков "Окружающая среда и человек", 1986 г.
Ю.А. Израэль "Проблемы всестороннего анализа окружающей среды и
принципы комплексного мониторинга"
Ленинград, 1988 г.
7. В.В. Бадев, Ю.А. Егоров, С.В. Казаков "Охран
Культурный образец:
РЕСУРСЫ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Естественным и немаловажным представляется вопрос о ресурсах самого ядерного топлива.
Достаточны ли его запасы, чтобы обеспечить широкое развитие ядерной
энергетики? По оценочным данным, на всем земном шаре в месторождениях,
пригодных для разработки, имеется несколько миллионов тонн урана. Вообще
говоря, это не мало, но нужно учесть, что в получивших ныне широкое
распространение АЭС с реакторами на тепловых нейтронах практически лишь очень
небольшая часть урана (около 1%) может быть использована для выработки
энергии. Поэтому оказывается, что при ориентации только на реакторы на
тепловых нейтронах ядерная энергетика по соотношению ресурсов не так уж много
может добавить к обычной энергетике - всего лишь около 10%. Глобального
решения надвигающейся проблемы энергетического голода не получается.
Совсем иная картина, иные перспективы появляются в случае применения АЭС с
реакторами на быстрых нейтронах, в которых используются практически весь
добываемый уран. Это означает, что потенциальные ресурсы ядерной энергетики с
реакторами на быстрых нейтронах примерно в 10 раз выше по сравнению с
традиционной (на органическом топливе). Больше того, при полном использовании
урана становится рентабельной его добыча и из очень бедных по концентрации
месторождений, которых довольно много на земном шаре. А это в конечном счете
означает практически неограниченное (по современным масштабам) расширение
потенциальных сырьевых ресурсов ядерной энергетики.
Итак, применение реакторов на быстрых нейтронах значительно расширяет
топливную базу ядерной энергетики. Однако может возникнуть вопрос: если
реакторы на быстрых нейтронах так хороши, если они существенно превосходят
реакторы на тепловых нейтронах по эффективности использования урана, то
почему последние вообще строятся? Почему бы с самого начала не развивать
ядерную энергетику на основе реакторов на быстрых нейтронах?
Прежде всего следует сказать, что на первом этапе развития ядерной
энергетики, когда суммарная мощность АЭС была мала и U 235 хватало, вопрос о
воспроизводстве не стоял так остро. Поэтому основное преимущество реакторов
на быстрых нейтронах - большой коэффициент воспроизводства - еще не являлся
решающим.
В то же время вначале реакторы на быстрых нейтронах оказались еще не готовыми
к внедрению. Дело в том, что при своей кажущейся относительной простоте
(отсутствие замедлителя) они технически более сложны, чем реакторы на
тепловых нейтронах. Для их создания необходимо было решить ряд новых
серьезных задач, что, естественно, требовало соответствующего времени. Эти
задачи связаны в основном с особенностями использования ядерного топлива,
которые, как и способность к воспроизводству, по-разному проявляются в
реакторах различного типа. Однако в отличие от последней эти особенности
сказываются более благоприятно в реакторах на тепловых нейтронах.
Первая из этих особенностей заключается в том, что ядерное топливо не может быть
израсходовано в реакторе полностью, как расходуется обычное химическое топливо.
Последнее, как правило, сжигается в топке до конца. Возможность протекания
химической реакции практически не зависит от количества вступающего в реакцию
вещества. Ядерная же цепная реакция не может идти, если количество топлива в
реакторе меньше определенного значения, называемого критической массой.
Уран (плутоний) в количестве, составляющем критическую массу, не является
топливом в собственном смысле этого слова. Он на время как бы превращается в
некоторое инертное вещество наподобие железа или других конструкционных
материалов, находящихся в реакторе. Выгорать может лишь та часть топлива,
которая загружается в реактор сверх критической массы. Таким образом, ядерное
топливо в количестве, равном критической массе, служит своеобразным
катализатором процесса, обеспечивает возможность протекания реакции, не
участвуя в ней.
Естественно, что топливо в количестве, составляющем критическую массу,
физически неотделимо в реакторе от выгорающего топлива. В тепловыделяющихся
элементах, загружаемых в реактор, с самого начала помещается топливо как для
создания критической массы, так и для выгорания. Значение критической массы
неодинаково для различных реакторов и в общем случае относительно велико.
Так, для серийного отечественного энергетического блока с реактором на
тепловых нейтронах ВВЭР-440 (водо-водяной энергетический реактор мощностью
440 МВт) критическая масса U 235 составляет 700 кг. Это соответствует
количеству угля около 2 млн. тонн. Иными словами, применительно к
электростанции на угле той же мощности это как бы означает обязательное
наличие при ней такого довольно значительного неприкосновенного запаса угля.
Ни один кг из этого запаса не расходуется и не может быть израсходован,
однако без него электростанция работать не может.
Наличие такого крупного количества "замороженного" топлива, хотя и
сказывается отрицательно на экономических показателях, но в силу реально
сложившегося соотношения затрат для реакторов на тепловых нейтронах
оказывается не слишком обременительным. В случае же реакторов на быстрых
нейтронах с этим приходится считаться более серьезно.
Реакторы на быстрых нейтронах обладают существенно большей критической
массой, чем реакторы на тепловых нейтронах (при заданных размерах реактора).
Это объясняется тем, что быстрые нейтроны при взаимодействии со средой
оказываются как бы более "инертными", чем тепловые. В частности, вероятность
вызвать деление атома топлива (на единицы длины пути) для них значительно (в
сотни раз) меньше, чем для тепловых. Для того чтобы быстрые нейтроны не
вылетали без взаимодействия за пределы реактора и не терялись, их
"инертность" необходимо компенсировать увеличением количества закладываемого
топлива с соответствующим возрастанием критической массы.
Чтобы реакторы на быстрых нейтронах не проигрывали по сравнению с реакторами
на тепловых нейтронах, нужно повышать мощность, развиваемую при заданных
размерах реактора. Тогда количество "замороженного" топлива на единицу
мощности будет соответственно уменьшаться. Достижение высокой плотности
тепловыделения в реакторе на быстрых нейтронах и явилось главной инженерной
задачей.
Заметим, что сама по себе мощность непосредственно не связана с количеством
топлива, находящегося в реакторе. Если это количество превышает критическую
массу, то в нем за счет созданной нестационарности цепной реакции можно
развить любую требуемую мощность. Все дело в том, чтобы обеспечить достаточно
интенсивный теплоотвод из реактора. Речь идет именно о повышении плотности
тепловыделения, ибо увеличение, например, размеров реактора, способствующее
увеличению теплоотвода, неизбежно влечет за собой и увеличение критической
массы, т.е. не решает задачи.
Положение осложняется тем, что для теплоотвода из реактора на быстрых нейтронах
такой привычный и хорошо освоенный теплоноситель, как обычная вода, не подходит
по своим ядерным свойствам. Она, как известно, замедляет нейтроны и,
следовательно, понижает коэффициент воспроизводства. Газовые теплоносители
(гелий и другие) обладают в данном случае приемлемыми ядерными параметрами.
Однако требования интенсивного теплоотвода приводят к необходимости
использовать газ при высоких давлениях (примерно 150 ат, или
Па), что вызывает свои технические трудности.
В качестве теплоносителя для теплоотвода из реакторов на быстрых нейтронах
был выбран обладающий прекрасными теплофизическими и ядерно-физическими
свойствами расплавленный натрий. Он позволил решить поставленную задачу
достижения высокой плотности тепловыделения.
Следует указать, что в свое время выбор "экзотического" натрия казался очень
смелым решением. Не было никакого не только промышленного, но и лабораторного
опыта его использования в качестве теплоносителя. Вызывала опасения высокая
химическая активность натрия при взаимодействие с водой, а также с кислородом
воздуха, которая, как представлялось, могла весьма неблагоприятно проявиться
в аварийных ситуациях.
Потребовалось проведение большого комплекса научно-технических исследований и
разработок, сооружение стендов и специальных экспериментальных реакторов на
быстрых нейтронах, для того, чтобы убедиться в хороших технологических и
эксплутационных свойствах натриевого теплоносителя. Как было при этом
показано, необходимая высокая степень безопасности обеспечивается следующими
мерами: во-первых, тщательностью изготовления и контроля качества всего
оборудования, соприкасающегося с натрием; во-вторых, созданием дополнительных
страховочных кожухов на случай аварийной протечки натрия; в-третьих,
использованием чувствительных индикаторов течи, позволяющих достаточно быстро
регистрировать начало аварии и принимать меры к ее ограничению и ликвидации.
Кроме обязательного существования критической массы есть еще одна характерная
особенность использования ядерного топлива, связанная с теми физическими
условиями, в которых оно находится в реакторе. Под действием интенсивного
ядерного излучения, высокой температуры и, в особенности, в результате
накопления продуктов деления происходит постепенное ухудшение физико-
математических, а также ядерно-физических свойств топливной композиции (смеси
топлива и сырья). Топливо, образующее критическую массу, становится
непригодным для дальнейшего использования. Его приходится периодически
извлекать из реактора и заменять свежим. Извлеченное топливо для
восстановления первоначальных свойств должно подвергаться регенерации. В
общем случае - это трудоемкий, длительный и дорогой процесс.
Для реакторов на тепловых нейтронах содержание топлива в топливной композиции
относительно небольшое - всего несколько процентов. Для реакторов на быстрых
нейтронах соответствующая концентрация топлива значительно выше. Частично это
связано с уже отмеченной необходимостью увеличивать вообще количество топлива
в реакторе на быстрых нейтронах для создания критической массы в заданном
объеме. Главное же заключается в том, что отношение вероятностей вызвать
деление атома топлива или быть захваченным в атоме сырья различно для разных
нейтронов. Для быстрых нейтронов оно в несколько раз меньше, чем для
тепловых, и, следовательно, содержание топлива в топливной композиции
реакторов на быстрых нейтронах должно быть соответственно больше. Иначе
слишком много нейтронов будет поглощаться атомами сырья и стационарная цепная
реакция деления в топливе окажется невозможной.
Причем при одинаковом накоплении продуктов деления в реакторе на быстрых
нейтронах выгорит в несколько раз меньшая доля заложенного топлива, чем в
реакторах на тепловых нейтронах. Это приведет соответственно к необходимости
увеличить регенерацию ядерного топлива в реакторах на быстрых нейтронах. В
экономическом отношении это даст заметный проигрыш.
Но кроме совершенствования самого реактора перед учеными все время встают
вопросы о совершенствовании системы безопасности на АЭС, а также изучение
возможных способов переработки радиоактивных отходов, преобразования их в
безопасные вещества. Речь идет о методах превращения стронция и цезия,
имеющих большой период полураспада, в безвредные элементы путем бомбардировки
их нейтронами или химическими способами. Теоретически это возможно, но в
настоящий момент времени при современной технологии экономически
нецелесообразно. Хотя может быть уже в ближайшем будущем будут получены
реальные результаты этих исследований, в результате которых атомной энергии
станет не только самым дешевым видом энергии, но и действительно экологически
чистым.
Воздействие атомных станций на окружающую среду
Техногенные воздействия на окружающую среду при строительстве и эксплуатации
атомных электростанций многообразны. Обычно говорят, что имеются физические,
химические, радиационные и другие факторы техногенного воздействия
эксплуатации АЭС на объекты окружающей среды.
Наиболее существенные факторы -
· локальное механическое воздействие на рельеф - при строительстве,
· повреждение особей в технологических системах - при эксплуатации,
· сток поверхностных и грунтовых вод, содержащих химические и
радиоактивные компоненты,
· изменение характера землепользования и обменных процессов в
непосредственной близости от АЭС,
· изменение микроклиматических характеристик прилежащих районов.
Возникновение мощных источников тепла в виде градирен, водоемов - охладителей
при эксплуатации АЭС обычно заметным образом изменяет микроклиматические
характеристики прилежащих районов. Движение воды в системе внешнего
теплоотвода, сбросы технологических вод, содержащих разнообразные химические
компоненты оказывают травмирующее воздействие на популяции, флору и фауну
экосистем.
Особое значение имеет распространение радиоактивных веществ в окружающем
пространстве. В комплексе сложных вопросов по защите окружающей среды большую
общественную значимость имеют проблемы безопасности атомных станций (АС),
идущих на смену тепловым станциям на органическом ископаемом топливе.
Общепризнанно, что АС при их нормальной эксплуатации намного - не менее чем в
5-10 раз "чище" в экологическом отношении тепловых электростанций (ТЭС) на
угле. Однако при авариях АС могут оказывать существенное радиационное
воздействие на людей, экосистемы. Поэтому обеспечение безопасности экосферы и
защиты окружающей среды от вредных воздействий АС - крупная научная и
технологическая задача ядерной энергетики, обеспечивающая ее будущее.
Отметим важность не только радиационных факторов возможных вредных
воздействий АС на экосистемы, но и тепловое и химическое загрязнение
окружающей среды, механическое воздействие на обитателей водоемов-
охладителей, изменения гидрологических характеристик прилежащих к АС районов,
т.е. весь комплекс техногенных воздействий, влияющих на экологическое
благополучие окружающей среды.
Выбросы и сбросы вредных веществ при эксплуатации АС
Перенос радиоактивности в окружающей среде
Исходными событиями, которые развиваясь во времени, в конечном счете могут
привести к вредным воздействиям на человека и окружающую среду, являются
выбросы и сбросы радиоактивности и токсических веществ из систем АС. Эти
выбросы делят на газовые и аэрозольные, выбрасываемые в атмосферу через
трубу, и жидкие сбросы, в которых вредные примеси присутствуют в виде
растворов или мелкодисперсных смесей, попадающие в водоемы. Возможны и
промежуточные ситуации, как при некоторых авариях, когда горячая вода
выбрасывается в атмосферу и разделяется на пар и воду.
Выбросы могут быть как постоянными, находящимися под контролем
эксплуатационного персонала, так и аварийными, залповыми. Включаясь в
многообразные движения атмосферы, поверхностных и подземных потоков,
радиоактивные и токсические вещества распространяются в окружающей среде,
попадают в растения, в организмы животных и человека. На рисунке показаны
воздушные, поверхностные и подземные пути миграции вредных веществ в
окружающей среде. Вторичные, менее значимые для нас пути, такие как ветровой
перенос пыли и испарений, как и конечные потребители вредных веществ на
рисунке не показаны.
Воздействие радиоактивных выбросов на организм человека
Рассмотрим механизм воздействия радиации на организм человека: пути
воздействия различных радиоактивных веществ на организм, их распространение в
организме, депонирование, воздействие на различные органы и системы организма
и последствия этого воздействия. Существует термин "входные ворота радиации",
обозначающий пути попадания радиоактивных веществ и излучений изотопов в
организм.
Различные радиоактивные вещества по - разному проникают в организм человека.
Это зависит от химических свойств радиоактивного элемента.
Виды радиоактивного излучения
Альфа-частицы представляют собой атомы гелия без электронов, т.е. два протона и два нейтрона. Эти частицы относительно большие и тяжелые, и поэтому легко тормозят. Их пробег в воздухе составляет порядка нескольких сантиметров. В момент остановки они выбрасывают большое количество энергии на единицу площади, и поэтому могут принести большие разрушения. Из-за ограниченного пробега для получения дозы необходимо поместить источник внутрь организма. Изотопами, испускающими альфа- частицы, являются, например, уран (235U и 238U) и плутоний (239Pu).
Бета-частицы - это отрицательно или положительно заряженные электроны (положительно заряженные электроны называются позитроны). Их пробег в воздухе составляет порядка нескольких метров. Тонкая одежда способна остановить поток радиации, и, чтобы получить дозу облучения, источник радиации необходимо поместить внутрь организма, изотопы, испускающие бета-частицы - это тритий (3H) и стронций (90Sr).
Гамма-радиация - это разновидность электромагнитного излучения, в точности похожая на видимый свет. Однако энергия гамма-частиц гораздо больше энергии фотонов. Эти частицы обладают большой проникающей способностью, и гамма-радиация является единственным из трех типов радиации, способной облучить организм снаружи. Два изотопа, излучающих гамма-радиацию, - это цезий (137Сs) и кобальт (60Со).
Пути проникновения радиации в организм человека
Радиоактивные изотопы могут проникать в организм вместе с пищей или водой. Через органы пищеварения они распространяются по всему организму.
Радиоактивные частицы из воздуха во время дыхания могут попасть в легкие. Но они облучают не только легкие, а также распространяются по организму.
Изотопы, находящиеся в земле или на ее поверхности, испуская гамма-излучение, способны - облучить организм снаружи. Эти изотопы также переносятся атмосферными осадками.
Ограничение опасных воздействий АС на экосистемы
АС и другие промышленные предприятия региона оказывают разнообразные
воздействия на совокупность природных экосистем, составляющих экосферный
регион АС. Под влиянием этих постоянно действующих или аварийных воздействий
АС, других техногенных нагрузок происходит эволюция экосистем во времени,
накапливаются и закрепляются изменения состояний динамического равновесия.
Людям совершенно небезразлично в какую сторону направлены эти изменения в
экосистемах, насколько они обратимы, каковы запасы устойчивости до значимых
возмущений. Нормирование антропогенных нагрузок на экосистемы и предназначено
для того, чтобы предотвращать все неблагоприятные изменения в них, а в лучшем
варианте направлять эти изменения в благоприятную сторону. Чтобы разумно
регулировать отношения АС с окружающей средой нужно конечно знать реакции
биоценозов на возмущающие воздействия АС. Подход к нормированию антропогенных
воздействий может быть основан на эколого-токсикогенной концепции, т.е.
необходимости предотвратить "отравление" экосистем вредными веществами и
деградацию из-за чрезмерных нагрузок. Другими словами нельзя не только
травить экосистемы, но и лишать их возможности свободно развиваться, нагружая
шумом, пылью, отбросами, ограничивая их ареалы и пищевые ресурсы.
Чтобы избежать травмирования экосистем должны быть определены и нормативно
зафиксированы некоторые предельные поступления вредных веществ в организмы
особей, другие пределы воздействий, которые могли бы вызвать неприемлемые
последствия на уровне популяций. Другими словами должны быть известны
экологические емкости экосистем, величины которых не должны превышаться при
техногенных воздействиях. Экологические емкости экосистем для различных
вредных веществ следует определять по интенсивности поступления этих веществ,
при которых хотя бы в одном из компонентов биоценоза возникнет критическая
ситуация, т.е. когда накопление этих веществ приблизится к опасному пределу,
будет достигаться критическая концентрация. В значениях предельных
концентраций токсикогенов, в том числе радионуклидов, конечно, должны
учитывать и перекрестные эффекты. Однако этого, по-видимому, недостаточно.
Для эффективной защиты окружающей среды необходимо законодательно ввести
принцип ограничения вредных техногенных воздействий, в частности выбросов и
сбросов опасных веществ. По аналогии с принципами радиационной защиты
человека, упомянутыми выше, можно сказать, что принципы защиты окружающей
среды состоят в том, что
· должны быть исключены необоснованные техногенные воздействия,
· накопление вредных веществ в биоценозах, техногенные нагрузки на
элементы экосистем не должны превышать опасные пределы,
· поступление вредных веществ в элементы экосистем, техногенные
нагрузки должны быть настолько низкими, насколько это возможно с учетом
экономических и социальных факторов.
АС оказывают на окружающую среду - тепловое, радиационное, химическое и
механическое воздействие. Для обеспечения безопасности биосферы нужны
необходимые и достаточные защитные средства. Под необходимой защитой окружающей
среды будем понимать систему мер, направленных на компенсацию возможного
превышения допустимых значений температур сред, механических и дозовых
нагрузок, концентраций токсикогенных веществ в экосфере. Достаточность защиты
достигается в том случае, когда температуры в средах, дозовые и механические
нагрузки сред, концентрации вредных веществ в средах не превосходят предельных,
критических значений.
Итак, санитарные нормативы предельно - допустимых концентраций (ПДК),
допустимые температуры, дозовые и механические нагрузки должны быть критерием
необходимости проведения мероприятий по защите окружающей среды. Система
детализированных нормативов по пределам внешнего облучения, пределам
содержания радиоизотопов и токсичных веществ в компонентах экосистем,
механическим нагрузкам могла бы нормативно закрепить границу предельных,
критических воздействий на элементы экосистем для них защиты от деградации.
Другими словами должны быть известны экологические емкости для всех экосистем
в рассматриваемом регионе по всем типам воздействий.
Разнообразные техногенные воздействия на окружающую среду характеризуются их
частотой повторения и интенсивностью. Например, выбросы вредных веществ имеют
некоторую постоянную составляющую, соответствующую нормальной эксплуатации, и
случайную составляющую, зависящую от вероятностей аварий, т.е. от уровня
безопасности рассматриваемого объекта. Ясно, что чем тяжелее, опаснее авария,
тем вероятность ее возникновения ниже. Нам известно сейчас по горькому опыту
Чернобыля, что сосновые леса имеют радиочувствительность похожую на то, что
характерно для человека, а смешанные леса и кустарники - в 5 раз меньшую. Меры
предупреждения опасных воздействий, их предотвращения при эксплуатации,
создания возможностей для их компенсации и управления вредными воздействиями
должны приниматься на стадии проектирования объектов. Это предполагает
разработку и создание систем экологического мониторинга регионов,
разработку методов расчетного прогнозирования экологического ущерба, признанных
методов оценивания экологических емкостей экосистем, методов сравнения
разнотипных ущербов. Эти меры должны создать базу для активного управления
состоянием окружающей среды.
Уничтожение опасных отходов
Особое внимание следует уделять такому мероприятиям, как накопление,
хранение, перевозка и захоронение токсичных и радиоактивных отходов.
Радиоактивные отходы, являются не только продуктом деятельности АС но и
отходами применения радионуклидов в медицине, промышленности, сельском
хозяйстве и науке. Сбор, хранение, удаление и захоронение отходов, содержащих
радиоактивные вещества, регламентируются следующими документами:
· СПОРО-85 Санитарные правила обращения с радиоактивными отходами
. Москва: Министерство здравоохранения СССР, 1986;
· Правила и нормы по радиационной безопасности в атомной
энергетике. Том 1. Москва: Министерство здравоохранения СССР (290 страниц),
1989;
· ОСП 72/87 Основные санитарные правила.
Для обезвреживания и захоронения радиоактивных отходов была разработана
система "Радон", состоящая из шестнадцати полигонов захоронения радиоактивных
отходов. Руководствуясь Постановлением Правительства Российской Федерации
№1149-г от 5.11.91г.,Министерство атомной промышленности Российской Федерации
в сотрудничестве с несколькими заинтересованными министерствами и
учреждениями разработало проект государственной программы по обращению с
радиоактивными отходами с целью создания региональных автоматизированных
систем учета радиоактивных отходов, модернизации действующих средств хранения
отходов и проектирования новых полигонов захоронения радиоактивных отходов.
Выбор земельных участков для хранения, захоронения или уничтожения отходов
осуществляется органами местного самоуправления по согласованию с
территориальными органами Минприроды и Госсанэпиднадзора.
Вид тары для хранения отходов зависит от их класса опасности: от герметичных
стальных баллонов для хранения особо опасных отходов до бумажных мешков для
хранения менее опасных отходов. Для каждого типа накопителей промышленных
отходов (т.е. хвосто- и шламохранилища, накопители производственных сточных
вод, пруды-отстойники, накопители-испарители) определены требования по защите
от загрязнения почвы, подземных и поверхностных вод, по снижению концентрации
вредных веществ в воздухе и содержанию опасных веществ в накопителях в
пределах или ниже ПДК. Строительство новых накопителей промышленных отходов
допускается только в том случае, когда представлены доказательства того, что
не представляется возможным перейти на использование малоотходных или
безотходных технологий или использовать отходы для каких-либо других целей.
Захоронение радиоактивных отходов происходит на специальных полигонах. Такие
полигоны должны находиться в большом удалении от населенных пунктов и крупных
водоемов. Очень важным фактором защиты от распространения радиации является
тара, в которой содержатся опасные отходы. Ее разгерметизация или повышенная
проницаемость
может способствовать отрицательное воздействие опасных отходов на экосистемы.
О нормировании уровня загрязнения окружающей среды
В Российском законодательстве имеются документы, определяющие обязанности и
ответственность организаций по сохранности, защите окружающей среды. Такие
акты, как Закон об охране окружающей природной среды, Закон о защите
атмосферного воздуха, Правила охраны поверхностных вод от загрязнения
сточными водами играют определенную роль в сбережении экологических ценностей.
Однако в целом эффективность природоохранных мероприятий в стране, мер по
предотвращению случаев высокого или даже экстремально- высокого загрязнения
окружающей среды оказывается очень низкой.
Природные экосистемы обладают широким спектром физических, химических и
биологических механизмов нейтрализации вредных и загрязняющих веществ. Однако
при превышении значений критических поступлений таких веществ, возможно
наступление деградационных явлений - ослабление выживаемости, снижение
репродуктивных характеристик, уменьшение интенсивности роста, двигательной
активности особей. В условиях живой природы, постоянной борьбы за ресурсы
такая потеря жизнестойкости организмов грозит потерей ослабленной популяции,
за которой может развиться цепь потерь других взаимодействующих популяций.
Критические параметры поступления веществ в экосистемы принято определять с
помощью понятия экологических емкостей. Экологическая емкость экосистемы -
максимальная вместимость количества загрязняющих веществ, поступающих в
экосистему за единицу времени, которая может быть разрушена, трансформирована
и выведена из пределов экосистемы или депонирована за счет различных
процессов без существенных нарушений динамического равновесия в экосистеме.
Типичными процессами, определяющими интенсивность "перемалывания" вредных
веществ, являются процессы переноса, микробиологического окисления и
биоседиментации загрязняющих веществ. При определении экологической емкости
экосистем должны учитываться как отдельные канцерогенные и мутагенные эффекты
воздействий отдельных загрязнителей, так и их усилительные эффекты из-за
совместного, сочетанного действия.
Какой же диапазон концентраций вредных веществ надлежит контролировать? Приведем
примеры предельно допустимых концентраций вредных веществ, которые будут
служить ориентирами в анализе возможностей радиационального мониторинга
окружающей среды. В основном нормативном документе по радиационной безопасности
- Нормах радиационной безопасности (НРБ-76/87) даны значения
предельно-допустимых концентраций радиоактивных веществ в воде и воздухе для
профессиональных работников и ограниченной части населения. Данные по некоторым
важным, биологически активным радионуклидам приведены в таблице.
Значения допустимых концентраций для радионуклидов.
Нуклид, N
Период полураспада, Т1/2 лет
Выход при делении урана, %
Допустимая концентрация, Ku/л
Допустимая концентрация
в воздухе
в воздухе
в воздухе, Бк/м3
в воде, Бк/кг
Тритий-3 (окись)
12,35
-
3*10-10
4*10-6
7,6*103
3*104
Углерод-14
5730
-
1,2*10-10
8,2*10-7
2,4*102
2,2*103
Железо-55
2,7
-
2,9*10-11
7,9*10-7
1,8*102
3,8*103
Кобальт-60
5,27
-
3*10-13
3,5*10-8
1,4*101
3,7*102
Криптон-85
10,3
0,293
3,5*102
2,2*103
Стронций-90
29,12
5,77
4*10-14
4*10-10
5,7
4,5*101
Иод-129
1,57*10+7
-
2,7*10-14
1,9*10-10
3,7
1,1*101
Иод-131
8,04 сут
3,1
1,5*10-13
1*10-9
1,8*101
5,7*101
Цезий-135
2,6*10+6
6,4
1,9*102
6,3*102
Свинец-210
22,3
-
2*10-15
7,7*10-11
1,5*10-1
1,8
Радий-226
1600
-
8,5*10-16
5,4*10-11
8,6*10-3
4,5
Уран-238
4,47*10+9
-
2,2*10-15
5,9*10-10
2,8*101
7,3*10-1
Плутоний-239
2,4*10+4
-
3*10-17
2,2*10-9
9,1*10-3
5
Видно, что все вопросы защиты окружающей среды составляют единый научный,
организационно - технический комплекс, который следует называть экологической
безопасностью. Следует подчеркивать, что речь идет о защите экосистем и
человека, как части экосферы от внешних техногенных опасностей, т.е. что
экосистемы и люди являются субъектом защиты. Определением экологической
безопасности может быть утверждение, что
экологическая безопасность - необходимая и достаточная защищенность экосистем
и человека от вредных техногенных воздействий
Обычно выделяют защиту окружающей среды как защищенность экосистем от
воздействий АС при их нормальной эксплуатации и безопасность как систему
защитных мер в случаях аварий на них. Как видно, при таком определении понятия
"безопасность" круг возможных воздействий расширен, введены рамки для
необходимой и достаточной защищенности, которые разграничивают области
незначимых и значимых, допустимых и недопустимых воздействий. Отметим, что в
основе нормативных материалов по радиационной безопасности (РБ) лежит идея о
том, что слабейшим звеном биосферы является человек, которого и нужно защищать
всеми возможными способами. Считается, что если человек будет должным образом
защищен от вредных воздействий АС, то и окружающая среда также будет защищена,
поскольку радиорезистентность элементов экосистем как правило существенно выше
человека.
Ясно, что это положение не является абсолютно бесспорным, поскольку биоценозы
экосистем не имеют таких возможностей, какие есть у людей - достаточно быстро
и разумно реагировать на радиационные опасности. Поэтому для человека в
нынешних условиях основная задача - сделать все возможное для восстановления
нормального функционирования экологических систем и не допускать нарушений
экологического баланса.