Радиация и ее влияние на окружающую среду

Радиация  и ее влияние на окружающую среду

Вступление 

Экологическая катастрофа... Данное словосочетание страшное даже (или особенно) для обывательского сознания. И все же специалисты  оказываются или наиболее чувствительными, или наиболее толстокожими, оперирующими цифрами о катастрофах и катаклизмах с таким спокойствием в языковых средствах, что начинаешь и их подозревать в антиэкологическом сознании. Известно, что экологические проблемы возникают из-за антиэкологического характера общества, а, в конечном счете, всего человечества. Вспомним Ф. Ницше: "Безумие единиц — исключение, а безумие групп, партий, народов, времен — правила". И я очень слабо верю в излечение времен и народов именно в этом плане экологического сознания. Как еще слабее —  в совесть и моральные тормоза. Остается одно —  закон. И здесь я, возможно, выскажу крамольную мысль: нужен закон, провозглашающий природу, окружающую среду, высшим по отношению к человеку субъектом права. Только при такой постановке вопроса можно говорить о спасение человечества, спасая природу. Только при таком подходе к решению экологических проблем можно надеяться, что безумие времен и народов станет исключением.

Естественные  источники радиации

Основную часть  облучения население земного  шара получает от естественных источников радиации. Большинство из них таковы, что избежать облучения от них совершенно невозможно. На протяжении всей истории существования Земли разные виды излучения падают на поверхность Земли из космоса и поступают от радиоактивных веществ, находящихся в земной коре. Человек подвергается облучению двумя способами. Радиоактивные вещества могут находиться вне организма и облучать его снаружи; в этом случае говорят о внешнем облучении. Или же они могут оказаться в воздухе, которым дышит человек, в пище или в воде и попасть внутрь организма. Такой способ облучения называют внутренним. Облучению от естественных источников радиации подвергается любой житель Земли, однако одни из них получают большие дозы, чем другие. Это зависит, в частности, от того, где они живут. Уровень радиации в некоторых местах земного шара, там, где залегают особенно радиоактивные породы, оказывается значительно выше среднего, а в других местах, соответственно, ниже. Доза облучения зависит также от образа жизни людей. Применение некоторых строительных материалов, использование газа для приготовления пищи, открытых угольных жаровень, герметизация помещений и даже полеты на самолетах все это увеличивает уровень облучения за счет естественных источников радиации. Земные источники радиации в сумме ответственны за большую часть облучения, которому подвергается человек за счет естественной радиации. В среднем они обеспечивают более 5/6 годовой эффективной эквивалентной дозы, получаемой населением, в основном вследствие внутреннего облучения. Остальную часть вносят космические лучи, главным образом путем внешнего облучения. В этой главе мы рассмотрим вначале данные о внешнем облучении от источников космического и земного происхождении. Затем остановимся на внутреннем облучении, причем особое внимание уделим радону радиоактивному газу, который вносит самый большой вклад в среднюю дозу облучения населения из всех источников естественной радиации. Наконец, в ней будут рассмотрены некоторые стороны деятельности человека, в том числе использование угля и удобрений, которые способствуют извлечению радиоактивных веществ из земной коры и увеличивают уровень облучения людей от естественных источников радиации.

Космические лучи

Радиационный  фон, создаваемый космическими лучами, дает чуть меньше половины внешнего облучения, получаемого населением от естественных источников радиации. Космические лучи в основном приходят к нам из глубин Вселенной, но некоторая их часть рождается на Солнце во время солнечных вспышек. Космические лучи могут достигать поверхности Земли или взаимодействовать с ее атмосферой, порождая вторичное излучение и приводя к образованию различных радионуклидов. Нет такого места на Земле, куда бы не падал этот невидимый космический душ. Но одни участки земной поверхности более подвержены его действию, чем другие. Северный и Южный полюсы получают больше радиации, чем экваториальные области, из-за наличия у Земли магнитного поля, отклоняющего заряженные частицы (из которых в основном и состоят космические лучи). Существеннее, однако, то, что уровень облучения растет с высотой, поскольку при этом над нами остается все меньше воздуха, играющего роль защитного экрана. Люди, живущие на уровне моря, получают в среднем из-за космических лучей эффективную эквивалентную дозу около 300 микрозивертов (миллионных долей зиверта) в год; для людей же, живущих выше 2000 м над уровнем моря это величина в несколько раз больше. Еще более интенсивному, хотя и относительно непродолжительному облучению, подвергаются экипажи и пассажиры самолетов. При подъеме с высоты 4000 м (максимальная высота, на которой расположены человеческие поселения: деревни шерпов на склонах Эвереста) до 12000 м (максимальная высота полета трансконтинентальных авиалайнеров) уровень облучения за счет космических лучей возрастает примерно в 25 раз и продолжает расти при дальнейшем увеличении высоты до 20000 м (максимальная высота полета сверхзвуковых реактивных самолетов) и выше. При перелете из Нью-Йорка в Париж пассажир обычного турбореактивного самолета получает дозу около 50 мкЗв, а пассажир сверхзвукового самолета на 20 % меньше, хотя подвергается более интенсивному облучению. Это объясняется тем, что во втором случае перелет занимает гораздо меньше времени. Всего за счет использования воздушного транспорта человечество получает в год коллективную эффективную эквивалентную дозу около 2000 чел-Зв.

Земная  радиация

Основные радиоактивные  изотопы, встречающиеся в горных породах Земли, это калий-40, рубидий-87 и члены двух радиоактивных семейств, берущих начало соответственно от урана-238 и тория-232 долгоживущих изотопов, включившихся в состав Земли с самого ее рождения. Разумеется, уровни земной радиации неодинаковы для разных мест земного шара и зависят от концентрации радионуклидов в том или ином участке земной коры. В местах проживания основной массы населения   они примерно одного порядка. Так, согласно исследованиям, проведенным во Франции, ФРГ, Италии, Японии и США, примерно 95 % населения этих стран живет в местах, где мощность дозы облучения в среднем составляет от 0,3 до 0,6 миллизиверта (тысячных зиверта) в год. Но некоторые группы населения получают значительно большие дозы облучения: около 3 % получает в среднем 1 миллизиверт в год, а около 1,5 % более 1,4 миллизиверта в год. Есть, однако, такие места, где уровни земной радиации намного выше. Неподалеку от города Посус-ди-Калв Бразилии, расположенного в 200 км к северу от Сан-Паулу, есть небольшая возвышенность. Как оказалось, здесь уровень радиации в 800 раз превосходит средний и достигает 250 миллизивертов в год. По каким-то причинам возвышенность оказалась необитаемой. Однако лишь чуть меньшие уровни радиации были зарегистрированы на морском курорте, расположенном в 600 км к востоку от этой возвышенности. Гуарапари небольшой город с населением 12000 человек каждое лето становится местом отдыха примерно 30000 курортников. На отдельных участках его пляжей зарегистрирован уровень радиации 175 миллизивертов в год. Радиация на улицах города оказалась намного ниже от 8 до 15 миллизивертов в год, но все же значительно превышала средний уровень. Сходная ситуация наблюдается в рыбацкой деревушке Меаипе, расположенной в 50 км к югу от Гуарапари. Оба населенных пункта стоят на песках, богатых торием. В другой части света, на юго-западе Индии, 70000 человек живут на узкой прибрежной полосе длиной 55 км, вдоль которой также тянутся пески, богатые торием. Исследования, охватившие 8513 человек из числа проживающих на этой территории, показали, что данная группа лиц получает в среднем 3,8 миллизиверта в год на человека. Из них более 500 человек получают свыше 8,7 миллизиверта в год. Около шестидесяти получают годовую дозу, превышающую 17 миллизивертов, что в 50 раз больше средней годовой дозы внешнего облучения от земных источников радиации. Эти территории в Бразилии и Индии являются наиболее хорошо изученными горячими точками нашей планеты. Но в Иране, например, в районе городка Рамсер, где бьют ключи, богатые радием, были зарегистрированы уровни радиации до 400 миллизивертов в год. Известны и другие места на земном шаре с высоким уровнем радиации, например, во Франции, Нигерии, на Мадагаскаре. По подсчетам НКДАР ООН средняя эффективная эквивалентная доза внешнего облучения, которую человек получает за год от земных источников естественной радиации, составляет примерно 350 микрозивертов, т. е. чуть больше средней индивидуальной дозы облучения из-за радиационного фона, создаваемого космическими лучами на уровне моря.

Внутреннее  облучение 

В среднем примерно 2/3 эффективной эквивалентной дозы облучения, которую человек получает от естественных источников радиации, поступает от радиоактивных веществ, попавших в организм с пищей, водой и воздухом. Совсем небольшая часть этой дозы приходится на радиоактивные изотопы типа углерода-14 и трития, которые образуются под воздействием космической радиации. Все остальное поступает от источников земного происхождения. В среднем человек получает около 180 микрозивертов в год за счет калия-40, который усваивается организмом в месте с нерадиоактивными изотопами калия, необходимыми для жизнедеятельности организма. Однако, значительно большую дозу внутреннего облучения человек получает от нуклидов радиоактивного ряда урана-238 и в меньшей степени от радионуклидов ряда тория-232. Некоторые из них, например, нуклиды свинца-210 и полония-210, поступают в организм с пищей. Они концентрируются в рыбе и моллюсках, поэтому люди, потребляющие много рыбы и других даров моря, могут получить относительно высокие дозы облучения. Десятки тысяч людей на Крайнем Севере питаются в основном мясом северного оленя (карибу), в котором оба упомянутых выше радиоактивных изотопа присутствуют в довольно высокой концентрации. Особенно велико содержание полония-210. Эти изотопы попадают в организм оленей зимой, когда они питаются лишайниками, в которых накапливаются оба изотопа. Дозы внутреннего облучения человека от полония-210 в этих случаях могут в 35 раз превышать средний уровень. А в другом полушарии люди, живущие в Западной Австралии в местах с повышенной концентрацией урана, получают дозы облучения, в 75 раз превосходящие средний уровень, поскольку едят мясо и требуху овец и кенгуру. Прежде чем попасть в организм человека, радиоактивные вещества, как и в рассмотренных выше случаях, проходят по сложным маршрутам в окружающей среде, и это приходится учитывать при оценке доз облучения, полученных от какого-либо источника.  

Другие  источники радиации  

Уголь, подобно  большинству других природных материалов, содержит ничтожные количества первичных  радионуклидов. Последние, извлеченные  вместе с углем из недр земли, после  сжигания угля попадают в окружающую среду, где могут служить источником облучения людей. Хотя концентрация радионуклидов в разных угольных пластах различается в сотни раз, в основном уголь содержит меньше радионуклидов, чем земная кора в среднем. Но при сжигании угля большая часть его минеральных компонентов спекается в шлак или золу, куда в основном и попадают радиоактивные вещества. Большая часть золы и шлаки остаются на дне топки электросиловой станции. Однако более легкая зольная пыль уносится тягой в трубу электростанции. Количество этой пыли зависит от отношения к проблемам загрязнения окружающей среды и от средств, вкладываемых в сооружение очистных устройств. Облака, извергаемые трубами тепловых электростанций, приводят к дополнительному облучению людей, а, оседая на землю, частички могут вновь вернуться в воздух в составе пыли. Согласно текущим оценкам, производство каждого гигаватт-года электроэнергии обходится человечеству в 2 человеко-Зиверт ожидаемой коллективной эффективной эквивалентной дозы облучения, т. е. в 1979 году, например, ожидаемая коллективная эффективная эквивалентная доза от всех работающих на угле электростанций во всем мире составила около 2000 чел-Зв. На приготовление пищи и отопление жилых домов расходуется меньше угля, но зато больше зольной пыли летит в воздух в пересчете на единицу топлива. Таким образом, из печек и каминов всего мира вылетает в атмосферу зольной пыли, возможно, не меньше, чем из труб электростанций. Кроме того, в отличие от большинства электростанций жилые дома имеют относительно невысокие трубы и расположены обычно в центре населенных пунктов, поэтому гораздо большая часть загрязнений попадает непосредственно на людей. До последнего времени на это обстоятельство почти не обращали внимания, но по весьма предварительной оценке из-за сжигания угля в домашних условиях для приготовления пищи и обогревания жилищ во всем мире в 1979 году ожидаемая коллективная эффективная эквивалентная доза облучения населения Земли возросла на 100000 чел-Зв. Не много известно также о вкладе в облучение населения от зольной пыли, собираемой очистными устройствами. В некоторых странах более трети ее используется в хозяйстве, в основном в качестве добавки к цементам и бетонам. Иногда бетон на 4/5 состоит из зольной пыли. Она используется также при строительстве дорог и для улучшения структуры почв в сельском хозяйстве. Все эти применения могут привести к увеличению радиационного облучения, но сведений по этим вопросам публикуется крайне мало. Еще один источник облучения населения термальные водоемы. Некоторые страны эксплуатируют подземные резервуары пара и горячей воды для производства электроэнергии и отопления домов; один такой источник вращает турбины электростанции в Лардерелло в Италии с начала нашего века. Измерения эмиссии радона на этой и еще на двух, значительно более мелких, электростанциях в Италии показали, что на каждый гигаватт-год вырабатываемой ими электроэнергии приходится ожидаемая коллективная эффективная эквивалентная доза 6 чел-Зв, т. е. в три раза больше аналогичной дозы облучения от электростанций, работающих на угле. Однако, поскольку в настоящее время суммарная мощность энергетических установок, работающих на геотермальных источниках, составляет всего 0,1 % мировой мощности, геотермальная энергетика вносит ничтожный вклад в радиационное облучение населения. Но этот вклад может стать весьма весомым, поскольку ряд данных свидетельствует о том, что запасы этого вида энергетических ресурсов очень велики. Добыча фосфатов ведется во многих местах земного шара; они используются главным образом для производства удобрений, которых в 1977 году во всем мире было получено около 30 млн. т. Большинство разрабатываемых в настоящее время фосфатных месторождений содержит уран, присутствующий там в довольно высокой концентрации. В процессе добычи и переработки руды выделяется радон, да и сами удобрения радиоактивны, и содержащиеся в них радиоизотопы проникают из почвы в пищевые культуры. Радиоактивное загрязнение в этом случае бывает обыкновенно незначительным, но возрастает, если удобрения вносят в землю в жидком виде или если содержащие фосфаты вещества скармливают скоту. Такие вещества действительно широко используются в качестве кормовых добавок, что может привести к значительному повышению содержания радиоактивности в молоке. Все эти аспекты применения фосфатов дают за год ожидаемую коллективную эффективную эквивалентную дозу, равную примерно 6000 чел-Зв, в то время как соответствующая доза из-за применения фосфогипса, полученного только в 1977 году, составляет около 300000 человека-Зиверт.  

Источники, созданные человеком.

За последние  несколько десятилетий человек  создал несколько сотен искусственных  радионуклидов и научился использовать энергию атома в самых разных целях: в медицине и для создания атомного оружия, для производства энергии и обнаружения пожаров, для изготовления светящихся циферблатов часов и поиска полезных ископаемых. Все это приводит к увеличению дозы облучения, как отдельных людей, так и населения Земли в целом. Индивидуальные дозы, получаемые разными людьми от искусственных источников радиации, сильно различаются. В большинстве случаев эти дозы весьма невелики, но иногда облучение за счет техногенных источников оказывается во много тысяч раз интенсивнее, чем за счет естественных. Как правило, для техногенных источников радиации упомянутая вариабельность выражена гораздо сильнее, чем для естественных. Кроме того, порождаемое ими излучение обычно легче контролировать, хотя облучение, связанное с радиоактивным и осадками от ядерных взрывов, почти так же невозможно контролировать, как и облучение, обусловленное космическими лучами или земными источниками.

Ядерная эпоха планеты 

В июле 1996 года Международный  суд юстиции в Гааге признал  ядерное оружие незаконным. А за 51 год до этого события, т. е. в  августе 1945 года над японскими городами Хиросима и Нагасаки взорвались атомные бомбы. Это были первые ядерные взрывы не на военных полигонах, а над обычными городами, в которых жили обычные люди, не подозревающие о той страшной участи, которую им уготовили военные и политики. Обычные люди почему-то всегда расплачиваются за чью-то глупость или жестокость.

Два японских города стали как бы огромной лабораторией, которая показывала миру ужасающие  результаты последствий ядерных  бомбардировок. Жители Хиросимы и Нагасаки до сих пор испытывают на себе отголоски того события. Так до сих пор значительно чаще у пострадавших от радиоактивного облучения (их было около 300 тысяч человек и их называют "хибакуся") встречается рак щитовидной железы, рак молочной железы у женщин и другие злокачественные образования.

Шли годы. В той стране, которая называлась Советским Союзом и которой сегодня нет, политики и военные очень долго готовились к войне. Подготовка к войне шла под лозунгом "За мир во всем мире!" Под этим лозунгом на секретных военных заводах выполнялись важные государственные военные заказы, под этим лозунгом на военных полигонах проводились испытания нового ракетного вооружения и рвались атомные бомбы. Самое примечательное состояло в том, что вся эта полувоенная жизнь происходила в строгой секретности, так что простые граждане, которые в случае войны становятся мишенью для летчиков- бомбардиров, ничего о ней не ведали.

С развалом Советского Союза и снятием покрова секретности  со всего того, о чем раньше и  думать-то было опасно, бывшие граждане СССР узнали много интересного о той стране, в которой они жили и которую считали гарантом мира и стабильности. Если же сосредоточиться, так сказать, на ядерной теме, тогда очень кстати вспомнить Чернобыльскую аварию. Это был еще один "звонок" предупреждающий о том, что человек имеет дело с силой, которою он не может управлять.

В 1963 году в Москве был подписан "Договор о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, в космическом пространстве и  под водой". Договор был подписан правительствами СССР, США и Великобритании. В настоящее время его участниками стали около 120 государств.

После 1963 года на всех полигонах мира было произведено  более 1500 ядерных взрывов или  почти в три раза больше, чем  до подписания договора. Более того, за прошедшие 30 лет некоторые государства тайно создавали и создают ядерное оружие и даже в одностороннем порядке расторгают Договор о нераспространении ядерного оружия и пытаются торговать атомными бомбами.  
Американские ядерные взрывы проводились в пустынях Невада и Аламогордо, в штатах Колорадо, Нью-Мексика, на Маршалловых островах и трех атоллах в Тихом океане, на острове Амчитка у берегов Аляски и других местах. Всего было проведено около 1100 ядерных испытаний, в том числе в атмосфере 200.

Советские ядерные  взрывы гремели вблизи Семипалатинска, на Новой Земле, в Западном Казахстане, Якутии, Поволжье и в десятках других мест бывшего СССР. Было произведено 715 взрывов, в том числе в атмосфере 212.

На территории Казахстана было проведено 498 ядерных  взрывов, в том числе на Семипалатинском полигоне 25 наземных (из всех 27 в бывшем СССР), 82 воздушных, 6 высотных и 343 подземных.

Французы взрывали на атоллах Моруроа и Фангатауфа в Тихом океане, на полигоне Реггон в Алжире. Они провели около 190 взрывов, а том числе 40 — в атмосфере.

Англичане испытывали свое ядерное оружие на острове Монтебелло, в местечке Эму Филдс и Маралинга (Австралия), на острове Рождества в Тихом океане, Они произвели свыше 40 испытаний (часть совместно с американцами), в том числе 22 — в атмосфере.

Китайцы произвели на полигоне Лобнор 45 испытаний, в том числе в атмосфере — 22.    

"Ядерная  трагедия Казахстана"

Итак, Казахстан  оказался среди тех стран, где  проводились ядерные испытания. Семипалатинский полигон сегодня  известен всем. Печально известен. О  нем много пишут. Появилось антиядерное движение "Невада-Семипалатинск". Академик И. Я. Часников в своей книге "Эхо ядерных взрывов" (которую мы цитируем в этом обзоре) пишет: "Последствиям американских ядерных бомбардировок японских городов посвящено огромное количество публикаций, проведено немало международных конференций и совещаний.  
Следует подчеркнуть, что если бы казахстанским жертвам радиации было уделено такое же большое внимание, как в Японии, то конечно, ситуация у нас сложилась бы иная. Пострадавшим жителям Хиросимы и Нагасаки помогали США и международные общества. К сожалению, Казахстан остался один на один со своей бедой. На Семипалатинском полигоне осуществлено более 1000 Хиросим".