Міграція радіонуклідів у атмосфері

Радіоактивні речовини мігрують різними шляхами. Це основні фактори, що обумовлюють перерозподіл первинного радіоактивного забруднення територій. Основними джерелами радіоактивного забруднення навколишнього середовище є:

1. Індукування хімічних елементів космічним випромінюванням;

2. Ядерні вибухи та інші випробування, військова діяльність;

3. Теплові енергетичні станції;

4. Промислові комплекси з повним ядерним паливним циклом, атомна

промисловість;

5. Неконтрольоване використання радіонуклідної сировини та матеріалів;

6. Добування радіоактивних руд;

7. Вулканічна діяльність планети;

8. Пожежі лісів, торфовищ тощо.

Звичайно ці джерела нерівномірні за потужністю забруднення, ізотопним і фазовим станом забруднювачів. Наприклад, космічне випромінювання – це іонізуюче випромінювання, що безперервно і вічно надходить на поверхню Землі зі світового простору. У результаті взаємодії первинного космічного випромінювання (нейтронів, фотонів) з ядрами атомів кисню, азоту, аргону атмосфери утворюються космогенні радіонукліди, що потім надходять на земну поверхню з атмосферними опадами. Ця група представлена 20 радіонуклідами з періодами напівроспаду від 32 хвилин до 7,4-105 років. Найбільш значні у радіоекологічному відношенні з них є наступні: ³Н, ⁷Ве, ¹⁴С, ²²Na, ²⁴Na.

Особливо велика кількість радіоактивних речовин виноситися в атмосферу при випробуваннях атомної та термоядерної зброї у повітрі. Це перше за значимістю джерело радіаційного забруднення навколишнього середовища.

При ядерному вибухі утворюється біля 250 ізотопів 35 елементів як безпосередньо “уламків” поділу ядер важких елементів, так і продуктів їх розпаду з періодами напіврозпаду від кількох секунд до мільйонів років.

Більшість цих радіонуклідів здійснюють одночасно бета- і гама-випромінювання, деякі є джерелом бета (⁹⁰Sr) або гама-випромінювання (¹⁴⁷Br, ²⁴Na). При наземних і надземних випродуваннях радіоактивні частинки піднімаються на значну висоту, утворюючи своєрідні течії, що рухаються над Землею з швидкістю до 200 км/год. Радіоактивна хмара, що утворюється при вибусі ядерної бомби, може за два тижні обійти всю Землю. Небезпека для людей виникає тоді, коли радіоактивні частинки з атмосфери з опадами випадають на землю, а коли, де і в якій кількості вони випадуть після вибуху, точно передбачити неможливо. Частина радіоактивних продуктів випадає недалеко від місця випробування, певна частина їх затримується в тропосфері, підхоплюється вітром і переноситься на величезні відстані. Знаходячись у повітрі біля місяця, радіоактивні речовини під час цих переміщень поступово випадають на землю. Більша частина радіоактивних продуктів викидається в стратосферу на висоту понад 10-50 км. Там вони залишаються протягом багатьох місяців, повільно опускаючись і розсіюючись по всій поверхні Землі.

У сучасних найдосконаліших ядерних пристроях коефіцієнт використання заряду становить близько 20%. Частина елементів заряду (урану, плутонію), що не вступили в реакцію, розпилюються силою вибуху на найдрібніші частинки, що містять атоми з властивостями вихідних радіонуклідів, створюють радіоактивні хмари і розносяться вітром на величезні території.

У результаті реакції активації в районі вибуху з’являється додаткове джерело радіоактивного забруднення.

На сьогодні нема жодного продукту біосфери, де б не були присутні радіонукліди “бомбового” походження. Середня ефективна еквівалентна доза опромінення, зумовлена радіонуклідами ядерних випробувань становить біля 20-25 нкЗв за рік.

Значні надходження радіонуклідів до навколишнього середовища становлять від використання кам’яного вугілля на паливо. Річна потреба вугілля у світі становить кілька мільярдів тонн, із яких 70% спалюється на електростанціях, 20% - у коксохімічному виробництві і 10% - використовується для опалення житла.

У складі кам’яного вугілля, як і в інших земних породах, містяться природні радіонукліди.

Розміри радіоактивного забруднення атмосфери при спалюванні вугілля залежить від ряду факторів: вмісту радіоактивних ізотопів у використовуваному вугіллі, кількості спалюваного вугілля, технології спалювання, ефективності систем утримування попелу та інших продуктів горіння. Наприклад, за умови існуючих технологій очищення до атмосфери надходить до 10% утвореного летючого попелу.

На всіх етапах замкненого ядерного паливного циклу, починаючи з видобутку уранової сировини, її збагачення і закінчуючи переробкою відпрацьованого палива, захоронення високоактивних відходів, відбувається вивільнення штучних радіонуклідів у навколишнє середовище, а також прискорення темпів міграції важких природних радіонуклідів.

Нині атомна енергетика розвивається в основному для виробництва електроенергії, частка якої в загальному споживанні енергоресурсів становить близько 20%, а в деяких країнах – до 80%, в Україні – до 40%.

Атомна енергетика нині розвивається на основі реакторів на теплових і швидких нейтронах. Паливом у реакторах на теплових нейтронах є природній уран з вмістом 0,7% ізотопу ²³⁵U і 99,3% ²³⁸U, або природній уран, збагачений ізотопом ²³⁵U до 2,8-4,4%. Уран перетворюють у порошок двоокису UО₂ , а потім спікають у паливні таблетки.

При роботі ядерних енергетичних установок радіонукліди утворюються в результаті поділу ядер палива і активації нейтронами матеріалів в активній зоні.

Їх вміст зумовлюється часом експлуатації і часом, що минув з моменту зупинення реактора. Надто активні відходи діляться на три категорії: високоактивні, середньоактивні і низькоактивні.

Масштаби і інтенсивність міграції радіонуклідів в атмосфері визначаються наступним: ефективною висотою викидів їх в атмосферу, фазовим станом викидів, формою і дисперсністю частинок аерозолів, географічними координатами місця викиду, атмосферними умовами.

Залежно від впливу цих факторів виділяють локальні, тропосферні (нижній шар атмосфери висотою до 8-10 км) і стратосферні (шар атмосфери, що лежить над тропосферою від 10 до 80 км) – глобальні випадіння.

Локальні випадіння спостерігають у районі до кількох сотень кілометрів від джерела. Радіоактивні речовини локальних випадань поширюються в нижніх шарах атмосфери. Тривалість випадання залежить від пори року і широти місцевості.

Тропосферні випадіння спостерігаються при ядерних вибухах і великих аваріях на АЕС. Вибухи, потужністю в кілька кіловат тротилового еквіваленту, забруднюють в основному тропосферу. Могутні вибухи, мегатонної потужності, забруднюють стратосферу.

Умовно забруднення території України, Білорусі і Росії розбивають на чотири “сліди”: західний, північний, південний та північно-східний. Найбільш складний характер радіоактивного забруднення як за інтенсивністю, так і за складом основних нуклідів спостерігається на шляхах західного, північно- східного та південного слідів, що охоплюють практично повністю територію Українського Полісся та значні території на південь від Києва.

Отже, шляхи міграції можна розділити на наступні:

- аеральне випадання з атмосфери (сухе і вологе);

- водні міграції;

- поверхневими та внутрішньо-ґрунтовими стоками;

- у процесі повторного перерозподілу внаслідок руху повітря;

- антропогенний;

- життєдіяльність різних живих систем.