Джерела радіоактивного забруднення навколишнього середовища

Джерела радіоактивного забруднення навколишнього середовища.

У навколишньому нас природному середовищу налічується близько 300 радіонуклідів, як природних, так і одержуваних людиною штучних. У біосфері Землі міститься понад 60 природних радіонуклідів. При роботі реакторів утворюється близько 80, при ядерних вибухах - близько 200, промисловістю Росії випускається більше 140 радіонуклідів.

 Радіоактивний фон  нашої планети складається з  чотирьох основних компонентів:

- Випромінювання, обумовленого  космічними джерелами;

- Випромінювання від  розсіяних у навколишньому середовищі  первинних радіонуклідів;

- Випромінювання від  природних радіонуклідів, що надходять  у навколишнє середовище від  виробництв, не призначених безпосередньо  для їх отримання; 

- Випромінювання від  штучних радіонуклідів, утворених  при ядерних вибухах і внаслідок  надходження відходів від ядерного паливного циклу та інших підприємств, що використовують штучні радіонукліди.

 Перші два компоненти  визначають природний радіаційний  фон. Третій компонент визначається як техногенно-змінений радіаційний фон і формується, головним чином, за рахунок викидів природних радіонуклідів при спалюванні органічного палива, надходження їх при внесенні мінеральних (в першу чергу, фосфорних) добрив та їх утримання в будівельних конструкціях і матеріалах.

До основних джерел радіоактивних забруднень належать

• ядерні вибухи;

• ядерні реактори різних типів;

• радіонукліди, використовувані  на підприємствах;

• підприємства ядерно-паливного циклу;

• місця переробки і  поховання радіоактивних відходів.

Найбільшою потенційною  небезпекою для навколишнього середовища і загрозою існуванню людської цивілізації  є ядерна зброя.

Другим за ступенем небезпеки  джерелом радіоактивних забруднень є ядерні реактори. У результаті викиду за межі АЕС тільки 3,5% радіонуклідів  із реактора РБМК1500 четвертого енергоблоку  Чорнобильської АЕС більше ніж 31 тис. км2 території виявилися в зоні радіоактивного зараження з поверхневою активністю по цезію-137 понад 5 Ки/км2.

Радіонукліди, використовувані  як закриті джерела ІВ у промисловості (наприклад, у дефектоскопії, при автоматизації виробничих процесів тощо), у медицині, сільському господарстві, здатні створювати небезпеку навколишньому середовищу в результаті їх халатного зберігання і накопичення, коли вони можуть з'явитися в зовнішньому середовищі. Найбільше забруднення навколишнього середовища створює мережа радіаційних лабораторій, де використовують радіонукліди.

При нормальній роботі АЕС  та інших підприємств ядерного паливного циклу відбуваються невеликі, але регулярні газоаерозольні викиди радіаційних речовин в атмосферу і скидання рідких радіоактивних відходів.

КОСМІЧНЕ ВИПРОМІНЮВАННЯ

 Первинні космічні  частинки, представлені в основному високоенергетичними протонами і більше важкими ядрами, проникають до висоти близько 20 км над рівнем моря і утворюють при взаємодії з атмосферою вторинне високоенергетичне випромінювання з мезонів, нейтронів, протонів, електронів, фотонів і т.п. Частинки вторинного космічного випромінювання викликають ряд взаємодій з ядрами атомів азоту і кисню, при цьому утворюються космогенны радіонукліди, впливу яких зазнає населення Землі. До цієї категорії належить 14 радіонуклідів, з них основне значення з точки зору внутрішнього опромінення населення мають 3 Н і 14 С, зовнішнього - 7 Be, 23 Na, 22 Na. Інтенсивність космічного випромінювання залежить від активності Сонця, географічного розташування об'єкта і зростає з висотою. Для середніх широт на рівні моря ефективна еквівалентна доза складаэ приблизно 300 мкЗв / рік.

ВИПРОМІНЮВАННЯ  від розсіяних ПРИРОДНИХ РАДІОНУКЛІДІВ

 Більшість зустрічаються  в природі первинних радіонуклідів  відноситься до продуктів розпаду урану, торію і актинія (актиноурана), що є родоначальниками 3 радіоактивних сімейств.

 Сімейство урану починається 238 U, завершується стабільним ізотопом 206 Pb і містить 17 елементів.

 Сімейство торію починається 232 Th, завершується 208 Pb, містить 12 елементів.

 Сімейство актиноурана  починається 235 U, завершується 207 Pb, містить 17 елементів.

 Крім того 12 довгоживучих  радіонуклідів не входить до складу родин: 40 K, 50 V, 87 Rb, 115 In, 123 Te, 138 La, 144 Nd, 147 Sm, 176 Lu, 180 W, 187 Re, 190 Pt.

 Зовнішнє γ-опромінення людини від зазначених природних радіонуклідів поза приміщеннями обумовлено їх присутністю в компонентах навколишнього середовища. Основний внесок у дозу зовнішнього опромінення дають γ-радіонукліди рядів 228 Ас, 214 Pb, 214 Bi, а також 40 К.

 Внутрішнє опромінення  людини обумовлюється радіонуклідами, Вступаючи в середину організму через легені, шлунково-кишковий тракт. Найбільш значущими з точки зору внутрішнього опромінення є 40 К, 14 C, 210 Po, 226 Ra, 222 Rn, 220 Rn.

 Розрахункові значення  річної ефективної еквівалентної дози від природних джерел для районів з нормальним фоном коливається від 1 до 2,2 мЗв.

Штучні радіонукліди

 Штучні радіонукліди  потрапляють в навколишнє середовище  при випробуваннях ядерної зброї  і роботі підприємств ядерного паливного циклу.

Вибухи ядерних  пристроїв 

 З 1945 по 1980 р. в атмосфері було випробувано 423 ядерних пристрою. При цьому утворилося і було викинуто в навколишнє середовище величезну кількість радіонуклідів. Велика частка глобального радіоактивного забруднення навколишнього середовища зумовлена ​​випадіннями зі стратосфери. Середня тривалість тропосферних опадів становить близько 30 діб., А територія забруднення від них - від кількох сотень до тисяч кілометрів.

Робота підприємств ядерного паливного циклу

 У ядерний паливний  цикл входять підприємства з видобутку уранової і торієвої руд, їх переробки, отримання палива для атомних станцій і збройового урану і плутонію, регенерації відпрацьованого палива.

 В кінці 1995 р. в  26 країнах експлуатувалося понад  430 ядерних енергетичних установок, а частка АЕС у виробництві електроенергії становить до 72% у Франції. Усього у світі на АЕС отримують зараз близько 16% виробленої у світі енергії. У Росії частка виробленої АЕС електроенергії становить близько 12%.

 Викиди природних радіонуклідів  при видобутку і переробки  уранових і торієвих руд представлені  в основному газоподібним 222 Rn з уранових шахт; твердими відходами руди з хвостосховищ, де основна активність формується довгоживучим 232 Тh з продуктами розпаду, і урановими відходами з збагачувальних фабрик, що містять незначну кількість урану, торію і продуктів їх розпаду.

 Вважається, що в урановий  концентрат переходить 14% сумарної  активності вихідної руди, в якій міститься 90% урану.

 Збагачення природного урану 235 U і виготовлення тепловиділяючих елементів супроводжується незначними викидами в навколишнє середовище. Тверді та рідкі відходи при цьому ізолюються.

 Робота ядерного реактора  супроводжується великою кількістю радіонуклідів - продуктів поділу і активації.

 Кількість і якісний  склад радіонуклідів, які надходять  у навколишнє середовище, залежить  від типу реактора і систем  очищення повітря та стічних вод. У навколишнє середовище видаляються газоподібні відходи після очищення, а також частково аерозоль-ні і рідкі.  Тверді відходи зберігаються на майданчику з наступним похованням.

 

Загальні принципи нормування і захисту навколишнього  середовища від радіоактивного забруднення

У зв'язку з неухильним підвищенням радіоактивного фону в глобальному масштабі, що зумовлене антропогенними факторами, виявом синергізму при комбінованому впливі на організми інших шкідливих агентів, стає актуальною розробка екологічного принципу нормування ІВ. Його основне завдання — охорона біологічних ресурсів планети, збереження генофонду живих організмів у біосфері Землі, забезпечення нормального середовища існування людини.

При нормальній практичній експлуатації антропогенних джерел живі організми зазнають впливу малих доз. Проведені дослідження показали стимулюючу дію на рослини і тварин малих доз ІВ. Так, виводимість курчат із яєць, опромінених дозою 0,14-2,9 бер, збільшилася на 3-6%, підвищилася їхня життєстійкість. Доза 5-25 бер підвищує імунітет тварин. Регулярне опромінення пацюків дозами 0,8 бер на добу збільшила тривалість їхнього життя на 31%. Передпосівне опромінення насіння сільськогосподарських культур прискорює їх проростання на 1—2 тижні, скорочує вегетаційний період і підвищує врожайність на 10-20%.

І тільки починаючи з деякого  граничного значення дози відзначається  поява небажаних ефектів впливу ІВ. У той же час існує експериментально не доведена, але не спростована  остаточно "безпорогова" концепція, відповідно до якої ризик Я появи  небажаних віддалених наслідків  опромінення лінійно зростає  з дозою, починаючи з нульового  рівня. Це так звані стохастичні канцерогенні та генетичні ефекти, що можуть бути виявлені при тривалому спостереженні за великими групами населення.

 Для оцінки можливої  шкоди населенню регіону, яке зазнало радіоактивного забруднення, й імовірності виникнення стохастичних ефектів опромінення використовується величина колективної еквівалентної дози:

 

де N(H)dH - кількість людей, що одержали дозу від Н до Н+dН; f(Н) - статистична щільність розподілу  еквівалентної дози серед осіб, що опромінюються; N0 - повна кількість осіб, що опромінюються.

Одиницями вимірювання колективної  еквівалентної дози є людино-зиверт (люд.-Зв) у СІ та позасистемна - людино-бер (люд.-бер).

В основі сучасних концепцій  нормування ІВ лежить принцип обмеження дози на людину, й оскільки радіочутливість людського організму - одна з найвищих у природі, вважається, що заходи радіаційної безпеки, які застосовуються для захисту персоналу, працівника з джерелами ІВ, та населення, яке зазнає впливу ІВ, достатні, щоб одночасно захистити усі інші види живих організмів. Інакше кажучи, захист людини від опромінення гарантує захист для окремих біоценозів і біосфери в цілому. Такий принцип нормування радіаційного впливу називається радіаційно-гігієнічним.

Використовувана останнім часом  гіпотеза про безпорогову дію  ІВ припускає, що будь-яка доза може бути шкідливою для людини. Тому джерела ІВ слід застосовувати лише в тих сферах людської діяльності, де це економічно і соціально виправдано.

Регламентація допустимих меж  опромінення ґрунтується на концепції  прийнятного ризику. МКРЗ рекомендує при нормуванні ІВ визначати прийнятний ризик шляхом порівняння з ризиком  від інших видів виробничої діяльності. Рекомендована МКРЗ і прийнята у  нашій країні дозова межа - 5 бер на рік для персоналу — встановлена на основі гіпотези лінійної безпорогової дії малих доз випромінювання й зумовлює нижчий середній рівень ризику смертельного наслідку від професійного захворювання, викликаного впливом ІВ, ніж від впливу шкідливих виробничих факторів у найбільш безпечних сферах людської діяльності.

Будь-яка діяльність людини в умовах впливу шкідливих виробничих факторів повинна мати правове обґрунтування  у вигляді законодавчих документів, що регламентують таку організацію  технологічних процесів, яка забезпечує безпечні умови праці персоналу  і життєдіяльності населення. Основними нормативними документами, що визначають умови праці у сфері впливу ІВ, є "Норми радіаційної безпеки України НРБУ-97" та "Основні санітарні правила роботи з РВ й іншими джерелами ІВ ОСП-72/87" (ОСП). їх дотримання є обов'язковим для всіх підприємств, установ та організацій відповідно до чинного законодавства. На підставі цих документів і в строгій відповідності з ними розробляються відомчі і галузеві правила, де враховується специфіка використання джерел ІВ у цій галузі: на підприємствах і в установах розробляються "Положення із забезпечення радіаційної безпеки", де конкретизуються заходи і засоби з організації безпечних умов праці, а також методи контролю за дотриманням нормативних рівнів.

В основу "Норм радіаційної  безпеки України" (НРБУ) закладено  три принципи:

• неперевищення встановленої дозової межі;

• виключення будь-якого  необґрунтованого опромінення;

• зниження дози опромінення  до якомога нижчого рівня;

Нормами встановлено  три категорії осіб, що опромінюються:

— категорія А - персонал, який постійно чи тимчасово працює безпосередньо з джерелами ІВ;

 

— категорія Б - обмежена частина населення, що безпосередньо  з джерелами ІВ не працює, але  за умовами проживання чи розміщення робочих місць може зазнавати  дії ІВ;

— категорія В - інше населення.

Оскільки радіочутливість  окремих органів і тканин людини різна, вводиться поняття критичного органа. Критичним органом називається орган, тканина, частина тіла чи все тіло, опромінення якого в таких умовах нерівномірного опромінення організму завдає найбільшої шкоди здоров'ю певної особи чи її потомству.

Для категорії А встановлені  річні гранично допустимі дози (ГДД), для категорії Б - річні граничні дози (ГД) (табл. 3.8).

Таблиця 8.8. Дозові межі

Критичні органи  ГДД*, мЗв/рік,

 

(бер/рік) (категорія А)  ГД, мЗв/рік, (бер/рік)

 

(категорія Б) 

1. Усе тіло, гонади, червоний  кістковий мозок  50 (5)  5(0,5)

2. Органи і тканини,  які не ввійшли до пп. 1 ІЗ  150(15)  15 (1,5)

3. Шкіра, кісткова тканина,  кисті, передпліччя, гомілки, стопи   300 (30)  30 (3)

Примітка: ГДД - найбільше  значення індивідуальної еквівалентної  дози за рік, що при рівномірному впливі протягом 50 років не викликає в стані здоров'я персоналу (категорії А) несприятливих змін, які виявляються сучасними методами.

Для виключення небажаних  генетичних ефектів впливу ІВ для молоді та жінок до безпосередньої роботи з джерелами ІВ допускаються особи не молодше 18 років. До 30-літнього віку накопичена доза не має перевищувати 12 ГДД, а для жінок до 40 років доза опромінення на зону таза не має перевищувати 1 бер за будь-які два місяць

На основі прийнятих значень  ГДД і ГД розраховані допустимі  рівні:

• річного проникнення радіонуклідів через органи дихання і травлення;

• потужності дози випромінювання;

• об'ємної активності (концентрації) радіонуклідів у повітрі та воді;

• забруднення продуктів  харчування, одягу і поверхонь;

• густини потоку часток тощо.