Пиши Дома Нужные Работы

Обратная связь

Внешние источники радиации земного происхождения

РАДИАЦИОННАЯ ЭКОЛОГИЯ

Радиационная экология - дисциплина, изучающая взаимодействие радиационных факторов окружающей среды с экосистемой и ее составляющими (популяциями, сообществами, биоценозами), с целью выявления общих закономерностей взаимодействия человека и человечества с источниками ионизирующих излучений, построения прогнозов и разработки мероприятий донозологической и первичной профилактики, направленных на предупреждения возникновения заболеваний.

Ионизирующее излучение в биосфере несет потенциальную опасность патологических (соматических) или зародышевых (генетических) нарушений, вероятность которых значительно увеличилась в последние десятилетия после открытия и использования ядерной энергии в военных и мирных целях.

Использование ядерных веществ для производства электрической энергии, применение радиоактивных элементов в промышленности и научных исследованиях, систематическое и нередко излишнее

употребление их в медицинской практике, длительное пребывание у экранов телевизоров, мониторов компьютеров значительно увеличивают количество внутренних и внешних источников радиации, которой подвергается современный человек.

Каждый человек в течение жизни подвергается воздействию ионизирующего излучения за счет естественных источников, техногенного измененного радиационного фона, источников ионизирующих излучений, использующихся в медицине, эксплуатации объектов атомной энергетики и промышленности, радиоактивных выпадений, образовавшихся в результате испытаний ядерного оружия.

Некоторые специалисты полагают, что облучение в малых дозах имеет положительное значение, стимулируя жизненные процессы (гормезис), и не оказывает вредного воздействия на организм, поскольку естественный радиационный фон существует издревле и к нему люди, животные и растения должны были адаптироваться.



Однако подобные взгляды в значительной мере расходятся с современными представлениями о механизмах и эффектах биологического действия малых доз ионизирующих излучений. Согласно этим представлениям, обобщенным в изданиях МКРЗ и НКДАР при ООН, радиационный фактор не оказывает положительного влияния на здоровье человека.

Сравнительная шкала доз облучения населения стран СНГ, рекомендуемых дозовых пределов, а также эффектов ионизирующего излучения приведена на схеме 6.1.

При рассмотрении вопросов экологических последствий применения источников ионизирующих излучений большое значение приобретает самопроизвольный распад и энергия радиоактивных изотопов. Известно, что разные элементы имеют сильно различающиеся периоды полураспада. Например, для аргона-41 он равен 2 ч, а для урана-238 - 4,5 млрд. лет.

Из вышеприведенных положений вытекает фундаментальное экологическое следствие:

1. Не существует никаких способов биологического разложения и нет никого другого механизма, кроме распада, который позволил бы исключить этот вид загрязнения окружающей среды;

2. Единственная практическая возможность уменьшить радиоактивность - предоставить радиоактивному веществу возможность самопроизвольно распадаться;

3. Ликвидация последствий радиоактивных загрязнений может носить лишь предупредительный характер.

Таким образом, экологическое значение радиоактивных изотопов различно. Очевидно, что радионуклиды с коротким периодом полураспада (менее 2 суток) не представляют большой опасности (исключая случаи ядерных взрывов и аварий), так как они сохраняют высокий уровень доз в загрязненном биотопе лишь непродолжительное время. С другой стороны, вещества с очень большим периодом полураспада, например уран-238, также почти безопасны, поскольку они в единицу времени испускают очень слабое излучение.

Таким образом, наиболее опасными радиоактивными элементами являются те, у которых период полураспада изменяется от нескольких недель и месяцев до нескольких лет. Этого времени достаточно, чтобы изотопы смогли проникнуть в различные организмы и накопиться в пищевых цепях. Необходимо подчеркнуть, что для полного распада радионуклидов необходимо выдержать десять периодов полураспада.

Следует добавить, что при одинаковом уровне загрязнения экосистемы радиоактивными веществами воздействие изотопов простых элементов, которые являются основными слагаемыми живого вещества (углерод-14, фосфор-32, кальций-45, тритий, сера-35 и т. п.), оказывается более опасным для биоценоза, чем воздействие редко встречающихся веществ, слабо или совсем не поглощаемым организмами. Аналогичным действием обладают и радиоактивные инертные газы, которые ни одно живое существо не способно накапливать в своих клетках.

Стронций-90 и цезий-137, сходные по своим химическим свойствам с Са и К, являются наиболее опасными радиоактивными изотопами, которые могут загрязнить окружающую среду при выпадении радиоактивных осадков, последовавших за проводимыми ядерными взрывами или при аварии на АЭС, в виде отходов атомной промышленности. Стронций вследствие своего сходства с кальцием очень легко проникает в костную ткань позвоночных, тогда как цезий накапливается в мышцах. Так как период полураспада этих элементов соответственно равен 28 и 33 годам, они остаются в организме и могут накапливаться в количествах, способных причинить ущерб здоровью.

 

Понятие о радиационном фоне

Все живые существа, населяющие нашу планету, постоянно подвергаются воздействию ионизирующей радиации путем внешнего и внутреннего облучения от естественных (космическое излучение и природные радиоактивные вещества) и искусственных (отходы атомной промышленности, радиоактивные изотопы, используемые в биологии, медицине, сельском хозяйстве и др.) источников ионизирующих излучений. Т.е. развитие жизни на Земле происходило и происходит в присутствии радиационного фона.

Под радиационным фономпринято понимать ионизирующие излучения от природных (естественных) источников космического и земного происхождения, а также от искусственных радионуклидов, рассеянных в биосфере в результате деятельности человека. Радиационный фон обусловлен факторами окружающей среды и не включает облучение лиц, которые работают с источниками ионизирующего излучения, а также излучение, применяемое с диагностическими и лечебными целями.

Различают естественный радиационный фон, искусственный радиационный фон, технологически измененный (повышенный) радиационный фон. Все источники радиационного фона делятся на две основные группы: естественные и искусственные.

Естественный радиационный фон (ЕРФ) является основным компонентом радиационного фона. Источниками ЕРФ являются ионизирующие излучения, которые действуют на человека на поверхности Земли от внешних естественных источников неземного происхождения (космических излучений), внешних естественных источников земного происхождения (присутствующих в земной коре, воде, воздухе), а также от внутренних источников (т.е. радионуклидов естественного происхождения, которые содержатся в организме человека). Большинство естественных источников такое, что избежать облучения от них совсем невозможно. От естественных источников радиации мы получаем 78% облучения.

Человек подвергается облучению двумя способами:

1. Внешнее облучение – облучение от источников радиоактивного излучения, находящегося вне организма. Оно может производиться всеми видами излучения, но практическое значение имеют лишь гамма- и рентгеновское излучение, быстрые и медленные нейтроны, бета- излучение. Альфа- излучение ввиду ничтожной проникающей способности практического значения не имеет.

2. Внутреннее облучение – облучение организма, происходящее от источника радиоактивного облучения (радиоактивного вещества), находящегося внутри организма. Оно продолжается непрерывно до тех пор, пока находящееся в организме радиоактивное вещество не распадется или же не будет выведено из организма. Внутреннее облучение в значительной степени зависит от распределения радиоактивного вещества в организме, от характера излучения (L-, β-, γ – излучателя), энергии излучения, периода полураспада и периода полувыведения.

Естественный радиационный фон является неотъемлемым фактором внешней среды и играет значительную роль в жизнедеятельности человека. Естественные радиоактивные элементы вошли в состав Земли с самого ее образования. Эволюционное развитие показывает, что в условиях естественного радиационного фона обеспечиваются оптимальные условия для жизнедеятельности растений, животных и человека. Способность радиоактивного излучения вызывать мутации послужила, наверное, одной из главных причин эволюции биологических видов в сторону повышения их организации.

Естественный радиационный фон на поверхности Земли не является строго постоянной величиной. Его изменения связаны как с глобальными, так и с локальными аномалиями. Они обусловлены циклическими колебаниями космического фона и аналогичных процессов, которые приобрели характер глобальных катастроф.

Локальные аномалии наблюдаются в отдельных районах Индии, Бразилии, Ирана, Египта, а также на территории США, Франции, стран СНГ
(в том числе на Украине). Они являются следствием геологических процессов, когда в результате интенсивной вулканической деятельности и горообразования тяжелые естественные радионуклиды, прежде всего уран и торий, а также продукты их распада переместились из недр на поверхность Земли. Поэтому одни из жителей Земли получают более значительные дозы, чем другие, в зависимости от того, где они живут. Там, где залегают радиоактивные породы, уровень радиации (радиационный фон) значительно выше средних величин, в других местах может быть соответственно ниже средних величин. В Белоруссии средняя эквивалентная доза облучения от естественных источников составляет 2,4 мЗв/год. В некоторых районах Бразилии эта доза достигает 10мЗв в год, а в штате Кералла (Индия) даже до
28 мЗв/год.

Доза облучения зависит также от образа жизни людей. Применение некоторых строительных материалов (асбест), использование природного газа для приготовления пищи, герметизация помещений – все это увеличивает облучение за счет естественных источников.

 

Космическое излучение

Это ионизирующее излучение, непрерывно падающее на поверхность Земли из мирового пространства и образующееся в земной атмосфере в результате взаимодействия излучения с атомами воздуха.

Различают первичное и вторичное космическое излучение. Первичное космическое излучение представляет собой поток элементарных частиц, которые приходят на земную поверхность из разных областей всемирного пространства. Оно образуется вследствие извержения и испарения материи с поверхности звезд и туманностей космического пространства. Оно состоит из протонов (92%), альфа-частиц (7%), ядер атомов лития, бериллия, бора, углерода, азота, кислорода и др. (1%). Первичное космическое излучение отличается большой проникающей способностью. Космические излучения подразделяются по происхождению на внегалактические, галактические и солнечные.

Большая часть первичного космического излучения возникает в пределах нашей Галактики, энергия их чрезвычайно высокая – до 1019 эВ. Солнечное излучение возникает в основном при вспышках на Солнце, которые происходят с характерным 11-летним циклом. Энергия их не превышает 40 МэВ. Оно не приводит к заметному увеличению дозы излучения на поверхности Земли. Средняя энергия космических лучей 1010 эВ, поэтому они губительны для всего живого. Атмосфера служит своеобразным щитом, предохраняющим биологические объекты от воздействия космических частиц, поэтому лишь немногие частицы достигают поверхности Земли.

При взаимодействии космических частиц с атомами элементов, находящихся в атмосфере возникает вторичное космическое излучение. Оно состоит из мезонов, электронов, позитронов, протонов, нейтронов, гамма- квантов, т.е. из практически всех известных в настоящее время частиц.

Первичные космические лучи, врываясь в атмосферу, постепенно теряют свою энергию, растрачивая ее на многочисленные столкновения с ядрами атомов воздуха. Получаемые осколки, приобретая часть энергии первичной частицы, сами становятся факторами ионизации, разрушают и ионизируют другие атомы газов воздуха, т.е. превращаются в частицы вторичного космического излучения.

Вторичное космическое излучение возникает в результате электронно-фотонных и электронно-ядерных взаимодействий. При электронно-фотонном процессе заряженная частица взаимодействует с полем ядра атома, рождая фотоны, которые образуют пары электронов и позитронов. Эти частицы, в свою очередь, вызывают возникновение новых фотонов. Электронно-ядерный процесс обусловлен взаимодействием первичных частиц, энергия которых не менее 3х109 эВ, с ядрами атомов воздушной среды. При этом взаимодействии возникает ряд новых частиц – мезонов, протонов, нейтронов. Вторичное космическое излучение имеет максимум на высоте 20-30 км, на меньшей высоте процессы поглощения вторичного излучения преобладают над процессами его образования.

Интенсивность космического излучения зависит от географической широты и высоты над уровнем моря. Так как космические лучи в основном являются заряженными частицами, то они в районе над экватором отклоняются в магнитном поле и собираются в виде воронок в районах полюсов. В приполярных областях поверхности Земли достигают и частицы со сравнительно невысокой энергией (не нужно преодолевать магнитное поле), поэтому интенсивность космических излучений на полюсах возрастает за счет этих лучей. В экваториальной области поверхности достигают лишь частицы, которые обладают максимальными энергиями, способными преодолеть отклоняющее влияние магнитного поля. Средняя мощность дозы космического излучения жителей Земли приблизительно равна
0,3 мЗв/год, а на уровне Лондон-Москва-Нью-Йорк достигает 0,5 мЗв/год.

Вокруг Земли есть области (слои), в которых магнитное поле задерживает огромное количество заряженных частиц и заставляет их двигаться взад и вперед от полюса к полюсу в разных направлениях по замкнутым траекториям. Это так называемые радиационные пояса, или пояса Ван-Аллена. Различают два пояса: внешний и внутренний. Внутренний имеет максимальную плотность частиц (преимущественно протонов) над экватором на высоте около 3500 км, внешний слой – электронный – на высоте около 22000 км. Радиационные пояса Земли – источник радиационной опасности при космических полетах.

Мощность космического излучения зависит также и от высоты над уровнем моря. На больших высотах она выше по причине разряжения атмосферы (воздух играет роль защитного экрана). Обитаемые области Земли, расположенные на высоте 4500 м, испытывают дозу космического излучения до 3 мЗв/год, а на вершине Эвереста (8848 м над уровнем моря) доза составляет 8 мЗв/год.

В среднем интенсивность космических лучей за пределами атмосферы составляет около 2-х частиц на 1см2 в секунду. Эта величина почти не зависит от времени года, сезона, суток. Это значит, что интенсивность их постоянна и не связана с движением Земли вокруг Солнца, вокруг оси, а значит основная часть космических лучей вне солнечного – галактического происхождения. Но в период максимальной солнечной активности поток космических излучений нарастает. Волновые излучения (в том числе и рентгеновские), возникающие во время вспышек на Солнце достигают поверхности Земли через 8-15 мин после того, как вспышка на поверхности Солнца становится видимой. Корпускулярные излучения (главным образом протоны и электроны) движутся со скоростью 500-700 км/с и достигают Земли приблизительно через сутки. Каждая вспышка на Солнце влияет на человека, нервные окончания реагируют даже на ничтожные энергии, причем колебания магнитного поля очень сильно действуют на больных.

 

Внешние источники радиации земного происхождения

 

Вторым источником естественного радиационного фона являются радионуклиды земного происхождения. В земной коре рассеяны долгоживущие (с периодом полураспада в миллиарды лет) изотопы, которые не успели распасться за время существования нашей планеты. Они образовались, наверное, одновременно с образованием планет Солнечной системы (относительно короткоживущие изотопы распались полностью). Эти изотопы называются естественными радиоактивными веществами, это значит такими, которые образовались и постоянно вновь образовываются без участия человека. Распадаясь, они образуют промежуточные, также радиоактивные, изотопы.

Внешними источниками излучений являются более 60 естественных радионуклидов, находящихся в биосфере Земли. Естественные радиоактивные элементы содержатся в относительно небольшом количестве во всех оболочках и ядре Земли. Особое значение для человека имеют радиоактивные элементы биосферы, т.е. той части оболочки Земли (лито-, гидро- и атмосфере), где находятся микроорганизмы, растения, животные и человек.

В течение миллиардов лет шел постоянный процесс радиоактивного распада нестабильных ядер атомов. В результате этого общая радиоактивность вещества Земли, горных пород постепенно снижалась. Относительно короткоживущие изотопы распались полностью. Сохранились главным образом элементы с полураспадом, измеряемым миллиардами лет, а также относительно короткоживущие вторичные продукты радиоактивного распада, образующиеся последовательные цепочки преобразований, так называемые семейства радиоактивных элементов. В земной коре естественные радионуклиды могут быть более или менее равномерно рассеяны или сконцентрированы в виде месторождений.

Все естественные радионуклиды в зависимости от их происхождения можно разделить на 2 категории: радионуклиды земного происхождения и космогенные радионуклиды. Радионуклиды земного происхождения в свою очередь делятся на 2 группы.

К первой группе относятся элементы, образующие три радиоактивные семейства – урана, тория, актиноурана и продукты их распада. К ним относятся 32 радионуклида урана-радиевого и ториевого рядов.

Наиболее распространены в земной коре уран и торий. Природный уран, рассеянный в горных породах, относительно редко образует крупные месторождения, но общее его количество на Земле значительно большее, чем серебра или ртути. Природный уран представляет собой смесь трех изотопов: урана-238 (99,28%), урана-235 (0,71%) и урана-233 (0,006%).

Распадаясь, каждый из названных тяжелых ядер рождает множество промежуточных, также радиоактивных ядер, так что образуется соответствующее семейство. Важнейшими из образованных 45 радионуклидов являются: уран-234, актиний-228, торий-230, радий-226, радон-222, полоний-210 и др. Эти промежуточные продукты в основном короткоживущие, они встречаются в виде примесей в месторождениях элементов – родоначальников семейств. Период полураспада колеблется от 3·10-7с (21284 Ро) до
2,5 х 105 лет (23492U). Конечными продуктами трех семейств являются стабильные изотопы свинца:

Уран и торий в породах всегда сопровождают друг друга, концентрируясь преимущественно в гранитах. Однако в дальнейшем их пути расходятся, так как торий не образует растворимых соединений, а уран образует растворимые в сернокислых водах соединения. Торий и уран представляют собой перспективный материал для атомной промышленности. Запасы тория во много раз большие, чем урана-235.

Ко второй группе естественных радионуклидов земного происхождения принадлежат радионуклиды, не входящие в радиоактивные семейства (11 долгоживущих радионуклидов: калий-40 с периодом полураспада 1,31х10-9лет, кальций-48 – 2х1016 лет, рубидий-87 – 6,15х1010 лет и др.). Наиболее распространенным является рубидий-87. Он составляет 27,8% природного элемента, но энергия его излучений небольшая (бета- частиц – 0,394 МэВ). Рубидий – антагонист калия. В некоторых растениях он накапливается в значительном количестве (1л виноградного сока содержит 1 мг рубидия).

Калий является очень распространенным в литосфере (земной коре толщиной 15-70 км) и биосфере. Является типичным биологическим элементом. Природный калий состоит их трех изотопов (39К, 40К, 41К), из которых только калий-40 – радиоактивен. В земной коре содержится 2,6% калия. В свободном виде не встречается, так как очень химически активен (входит в состав полевых шпатов, слюды). Калий-40 вносит значительный вклад в радиационный фон. Эквивалентная доза за счет калия-40 составляет 0,3 мЗв/год (за счет внешнего облучения – 0,12 мЗв/год, внутреннего – 0,18 мЗв/год).

Космогенные радионуклиды – образуются в результате ядерных реакций протонов и нейтронов, входящих в состав первичного и вторичного космического излучения, с ядрами элементов воздуха (N, O, Ar и др.). К космогенным радионуклидам относятся 14 изотопов – тритий, дейтерий, берилий-7, углерод-14, углерод-13, натрий-22, фосфор-32, фосфор-33,хлор-35 и др.

147N + 10n → 146C + 11H; 147N + 10n → 126C + 31H.

Полученные углерод-14 и тритий являются космогенными радионуклидами, поступая в организм, они являются источниками внутреннего облучения. Берилий-7, натрий-22,24 относятся к источникам внешнего облучения.

 






ТОП 5 статей:
Экономическая сущность инвестиций - Экономическая сущность инвестиций – долгосрочные вложения экономических ресурсов сроком более 1 года для получения прибыли путем...
Тема: Федеральный закон от 26.07.2006 N 135-ФЗ - На основании изучения ФЗ № 135, дайте максимально короткое определение следующих понятий с указанием статей и пунктов закона...
Сущность, функции и виды управления в телекоммуникациях - Цели достигаются с помощью различных принципов, функций и методов социально-экономического менеджмента...
Схема построения базисных индексов - Индекс (лат. INDEX – указатель, показатель) - относительная величина, показывающая, во сколько раз уровень изучаемого явления...
Тема 11. Международное космическое право - Правовой режим космического пространства и небесных тел. Принципы деятельности государств по исследованию...



©2015- 2024 pdnr.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.