Короткі теоретичні відомості. Основні поняття і терміни. Радіаційне забруднення – найбільш небезпечний вид фізичного забруднення навколишнього середовища, пов'язаний з впливом на людину та інші види організмів

Радіаційне забруднення – найбільш небезпечний вид фізичного забруднення навколишнього середовища, пов'язаний з впливом на людину та інші види організмів іонізуючого (радіоактивного) випромінювання.

До радіаційного забруднення належать:

– власне радіаційне забруднення (дія - та -частинок і
-випромінювань, що виникають у результаті розпаду радіоактивних речовин);

– забруднення навколишнього середовища радіоактивними речовинами (виявляється в результаті дії випромінювань, що супроводжують радіоактивний розпад).

Радіоактивні матеріали небезпечні своїм іонізуючим випромі­нюванням, яке при взаємодії з середовищем призводить до утворення електричних зарядів різних знаків. Завдяки високій енергії іонізуюче (радіоактивне) випромінювання здатне відривати електрони з їх орбіталей та створювати позитивно та негативно заряджені іони, розколюючи таким чином електрично нейтральну молекулу на заряджені частки.

Існує чотири форми іонізуючого (радіоактивного) випроміню­вання.

Альфа-випромінювання – потік альфа-частинок, тобто ядер атомів гелію (позитивно заряджені, відносно важкі), які складаються з двох протонів і двох нейтронів. У повітрі вони переміщуються на кілька міліметрів, у тілі людини не проникають далі шкіри, але вдихувані з повітрям можуть ушкоджувати тканини легень.

Бета-випромінювання – потік бета-частинок, тобто електронів або позитронів. У повітрі вони розповсюджуються на кілька метрів, у тканинах людини – на кілька міліметрів.

Гамма-випромінювання – енергія, яка передається у вигляді хвиль без руху речовини. Це електромагнітне випромінювання, яке має здатність до іонізації. Нижня частина енергетичного спектру цих променів називається рентгенівськими променями. Проникаюча здатність гамма-променів дуже велика, його може затримати лише товста плита зі свинцю або бетону.

Нейтронне випромінювання – потік нейтронів – нейтральних частинок, здатних викликати іонізацію побічно (здатні глибоко проникати у будь-яку речовину та в живі тканини).

Різні види випромінювань мають різну проникаючу здатність і тому неоднаково впливають на тканини живого організму. Іонізуюче випромінювання призводить до ушкоджень в організмі. Чим більше енергії іонізуюче випромінювання передає тканинам живого організму, тим більші будуть його ушкодження. Кількість такої енергії, яку отримав організм називається дозою. Дозу опромінення організм може отримати від будь-якого радіоактивного елемента, незалежно від того, знаходиться він всередині організму чи назовні.

Кількість енергії опромінення, яка поглинена одиницею маси тіла, називається поглиненою дозою і вимірюється в системі СІ у греях (Гр). Але ця величина не враховує того, що при однаковій поглиненій дозі альфа-випромінювання значно небезпечніше (в 20 разів) за бета- чи гама-випронювання. Враховуючи цей фактор проводять відповідні перерахунки і отримують еквівалентну дозу, яку вимірюють в системі СІ у одиницях, які називають зівертами (Зв). Використовується до величини дози 1,5 Зв. Для більш високих значень використовують одиницю Грей (Гр).

Поглинена доза опромінення накопичується в організмі. За рік від природного фонового випромінювання в середньому людина отримує 2,4 мЗв, тобто за все життя сумарна доза не повинна перевищувати 100-700 мЗв. Помічено, що високі дози опромінення, що діють одноразово, менш шкідливі, ніж низькі дози, що діють тривалий час.

Часто використовується позасистемна одиниця еквівалентної дози – бер: 1 бер = 0,01 Зв.

Позасистемною одиницею дози фотонного (гамма- і рентгенівського) випромінювання є рентген (Р). Використовують також вимірювання у мікрорентгенах (мкР) : 1мкР = 0,000001 Р.

Гранично допустима доза опромінення населення 0,5 Р/рік. Гранично допустима доза – це поєднані дози природного радіаційного і техногенно-підсиленого фону, які не викликають у людини тілесних і генетичних змін протягом усього її життя.

Найбільш безпечний рівень зовнішнього опромінення тіла люди­ни, коли "радіаційний фон у нормі" – до 20 мкР/год. (0,2 мкЗв/год.).

Радіаційний фон зовнішнього середовища не повинен перевищувати 50 мкР/год. (0,5 мкЗв/год.).

Норми радіаційної безпеки наведено в додатку З.

Джерела радіаційного забруднення. Чинники радіаційної небезпеки розділяються за походженням на природні й антропогенні. До природних чинників належать космічні випромінювання, які значно послаблюються в атмосфері землі (особливо в озоновому шарі стратосфери) та радіонукліди земного походження ⁴⁰K, ²³⁸U, ²³²Th, ²²²Rn (викопні руди, випромінювання при розпаді радіоактивних елементів у товщі Землі) тощо. Природний радіаційний фон існує завжди. Антропогенні чинники радіаційної небезпеки пов'язані з видобутком, переробкою і використанням радіоактивних речовин, виробництвом і використанням атомної енергії, розробкою і випробуванням ядерної зброї і т. ін. Найнебезпечнішими для здоров'я людини є антропогенні чинники радіаційної небезпеки, пов'язані з такими видами і галузями людської діяльності: атомна промисловість; ядерні вибухи; атомна енергетика; медицина і наука. Вони забруднюють середовище як радіоактивними елементами, так і іонізуючим (радіоактивним) випромінюваннями. Атомна промисловість і атомна енергетика є основними джерелами радіо­активних відходів (РАВ), небезпечних для всього живого на планеті.

Уранодобувна та переробна промисловість України сконцентрована на території трьох областей: Дніпропетровської (промислова зона м. Жовті Води), Кіровоградської та Миколаївської. При видобутку та переробці уранових руд утворюється велика кількість відходів, які є джерелами радіоактивного забруднення довкілля, наприклад, Ураном-238 та Торієм-232.

Нагальною проблемою є ліквідація ядерної зброї, пов'язана в основному з демонтажем і безпечним транспортуванням, складу­ванням і зберіганням великої кількості ядерних боєголовок. Нерозв’язаною проблемою є також закінчення терміну експлуатації десятків ядерних реакторів атомних електростанцій (АЕС) і атомного підводного флоту.

Таким чином, одна з найнебезпечніших проблем людства – поховання, утилізація, складування РАВ, яку дотепер не розв'язано.

Деякі радіоактивні відходи можуть залишатися небезпечними впродовж мільйонів років. Збереження радіоактивних відходів у свердловинах на глибині в кілька сотень метрів, у старих шахтах, у льодовикових щитах, скидання контейнерів з відходами в море, запуск їх у контейнерах у космос є дуже небезпечними заходами через можливість радіаційного забруднення.

У даний час розглядають три способи поховання РАВ:

1. Поховання в геологічних формаціях, при яких відходи в спеціальних контейнерах розміщуються на великій глибині в спеціальних інженерних спорудженнях.

2. Поховання в товщі морського дна у свердловинах, пробурених на кілька десятків чи сотень метрів.

3. Поховання під земною корою, яка має товщину в 20-70 км на суші і 5-10 км під океанами (неприпустимий у районах вулканічної активності).

КАТАСТРОФИ на АЕС

Яскравим прикладом небезпеки, створюваної атомною енергетикою та атомним озброєнням, є аварії на АЕС. В результаті в навколишнє середовище надходять радіоактивні ізотопи Йоду-131, Плюмбуму-239, Цезію-137, Стронцію-90, Плутонію-240 та ін., які негативно впливають на всі живі організми, призводять до їх раптової смерті та численних хвороб. Найбільшу небезпеку в перші тижні після таких аварій мають ізотопи радіоактивного Йоду-131, які є дуже леткими і у вигляді аерозолю на частинках пилу, з парою переносяться атмосферними потоками на великі відстані. З часом він втрачає свою активність. В перші десятиліття після аварій найбільшу небезпеку становлять Цезій-137 та Стронцій -90. В найбільш відділеному часі (від сотні до тисячі років) значну роль відіграють ізотопи Плутонію та Америцію-241. Осадженню радіонуклідів з повітряних мас сприяють дощі.

Першою найбільшою ядерною аварією у світі вважається аварія, яка трапилась 28 березня 1979 року на АЕС Три-Майл-Айленд поблизу столиці штату Пенсильванія – Гарізберга на території США. Через відмову системи охолодження генератора частково розплавилося ядерне паливо, була істотно пошкоджена активна зона реактора, в атмосферу потрапили радіоактивні ізотопи. Як наслідок – було евакуйовано 140 тис. людей.

Другою масштабною ядерною аварією стала аварія 26 квітня 1986 року на Чорнобильській АЕС (Україна). При аварії на ЧАЕС в атмосферу надійшло 77 кг радіоактивних речовин, що відповідає випроміненню в 50 млн. Кі (Кі – кюрі – одиниця активності ізотопа).

Причина аварії мала комплексний характер: помилки персоналу в поєднанні з поганим державним наглядом за експлуатацією АЕС і недоліками конструкції. Аварія сталася внаслідок проведення на діючому реакторі експерименту. Метою його було визначити, чи вистачить накопиченої енергії турбогенератора, що продовжує обертатися після зупинки реактора, для того, щоб за 1 хвилину запустити аварійний дизельний генератор, який дає енергію для роботи насосів водного охолодження реактора. Але при проведенні експерименту реактор вийшов з-під контролю і вибухнув. Унаслідок цього була зруйнована активна зона реактора, ушкоджений реакторний відсік, обвалився дах будівлі та виникла пожежа, яка тривала декілька днів. З гелікоптерів на реактор скинули близько 5 тис. т сполук бору, доломіту, глини, піску та свинцю, які повинні були поглинути радіоактивні частки та тепло, що виділялось.

Радіоактивні речовини були викинуті на висоту близько 10 тисяч метрів і внаслідок переміщення повітряних мас охопили радіоактивним забрудненням площу, більшу за 10 тис. км². Вони потрапили у всі шари атмосфери і вітром були рознесені по всьому світу. Під радіоактивне зараження підпало 17 країн.

У нижніх шарах атмосфери вітер розніс радіонукліди на захід від Чорнобиля, в середніх шарах атмосфери, де була основна маса радіонуклідів – на Білорусь, Італію, Норвегію, Польщу, Румунію, Фінляндію, Швецію, а у верхніх шарах – на Китай, Японію та США. Із загального радіоактивного викиду в Україну потрапило 25%, у Білорусь – 70%, у Росію та інші країни – 5%.

В Україні від наслідків аварії постраждало 2,5 – 3,2 млн. людей, які проживали в 11 областях. У Білорусі тією чи іншою мірою ураже­ною виявилася територія в 40 тис. км², на якій проживало 2,2 млн. людей. В Україні в зоні вираженого радіаційного забруднення опинилося 169 населених пунктів і два міста – Чорнобиль і Прип'ять.