Радиационное воздействие АЭС на окружающею среду

1. Радиационное воздействие АЭС на окружающею среду

Можно выделить следующие  проблемы, связанные с возможным  радиационным воздействием объектов ядерной  энергетики на человека и природную  среду:основные проблемы, связанные с возможным радиационным воздействием объектов ядерной энергетики на человека и природную среду:

 экологические последствия  ядерных аварий;

 захоронение радиоактивных отходов;

 биологическое воздействие малых доз радиации.

Основную долю в выбросах радионуклидов на АЭС составляют продукты деления. В их состав входят инертные радиоактивные газы (изотопы  ксенона и криптона), а также  такие экологически значимые радионуклиды, как тритий, углерод-14, хром-51, марганец-54, железо-59, кобальт-60, цинк-65, стронций-90, рутений-106, йод-131, цезий-134, цезий-137, церий-144 и др.

При эксплуатации АЭС в процессе деления тяжелых ядер и активации нейтронами различных материалов в активной зоне реактора образуется большое число радионуклидов. Например, в реакторе ВВЭР-440 после кампании, равной одному году, активность накопленных продуктов деления 1010ГБк. Существующие на АЭС технологические системыдостигает 4 позволяют обеспечить весьма высокие коэффициенты удержания большей части радионуклидов, в результате чего утечки радионуклидов в окружающую среду сводятся до уровней, допустимых действующими санитарными правилами.

Например, для ЛАЭС газоаэрозодьные выбросы в 1980-1985 гг. составляли в среднем по инертным радиоактивным газам (ИРГ) - 30%, йоду-131 - 20%, стронцию-90 - 3%, короткоживущие радионуклиды (КЖН) - 30%. Основную часть в выбросах радионуклидов в атмосферу составляют ИРГ - изотопы ксенона, криптона и аргона. Для уменьшения активности выбрасываемых газов на АЭЯ осуществляется их временная задержка перед выбросом в трубу, в течение которой происходит распад КЖН. Существенное различие между реакторами РБМК и ВВЭР с точки зрения радиоактивности воздушных выбросов заключается в том, что из-за замкнутости первого контура ВВЭР время пребывания в нем радиоактивных веществ на много больше, чес в открытом единственном контуре РБМК. Временная задержка радионуклидов уменьшает их активность, что эквивалентно улавливанию значительной части радиоактивности. В среднем величина выбросов ИРГ для реакторов ВВЭР более чем на порядок ниже по сравнению с реакторами РБМК. Фактические выбросы реакторов типа ВВЭР составляют несколько процентов от уровня предельно допустимых выбросов (ПДВ). Для реакторов типа РБМК выбросы радионуклидов (ИРГ) в целом выше, но также не превышают установленных ПДВ.

Другая группа радионуклидов  представляет собой продукты коррозии материалов активной зоны реактора и  первого контура теплоносителя: хром-51, марганец-54, кобальт - 60 и др. Основной вклад радиоактивных выбросов в атмосферу дают инертные радиоактивные  газы - тритий и углерод-14. В сбросах  в водоемы наиболее значимую роль играют тритий, цезий-137 и др. При  повреждении оболочек ТВЭЛов в выбросах АЭС могут присутствовать следовые количества радионуклидов урана, нептуния, плутония, америция и кюрия.

Трансурановые элементы могут  поступать в окружающую среду  также при проведении ремонтных  работ, например, при замене технологических  каналов. Выбросы трансурановых  нуклидов, как правило, существенно  ниже радиоактивных выбросов других экологически значимых радионуклидов. Инертные радиоактивные газы вносят основной вклад в формирование дополнительного  природного фона и в суммарное  содержание радионуклидов в объектах окружающей среды. Прогнозируемое на ближайшие  десятки лет повышение содержания в биосфере трития (Т1/2=12,3 лет) и углерода-14 (Т1/2=5730 лет) приведет к очень малому изменению дозовой нагрузки. Однако следует иметь в виду, что как углерод-14, так и тритий могут включаться в генетические структуры организмов, которые из-за локального -излучения будут получать большую дозу, чем клетка в целомвоздействия .

Среди инертных радиоактивных  газов особую значимость имеет Кг-85, который поступает в атмосферу как в процессе эксплуатации АЭС, так и от заводов по регенерации ядерного топлива. Увеличение концентрации Кг-85 в атмосфере может изменить в результате ионизации электропроводность воздушной среды и вызвать труднопрогнозируемые геофизические эффекты (изменение заряда Земли, изменение магнитного поля и др.).

Радиоактивность приземного воздуха формируется, в основном, радионуклидами естественного происхождения (радон-222, радон-220, бериллий-7 и др.), а также радиационными продуктами ядерных взрывов (цезий-137, стронций-90 и др.). Концентрация естественных радионуклидов  в воздухе в среднем составляет: радон-222 - 2,0 Бк/м3, радон-220 - 0,2 - Бк/м3, бериллий-7 - 3 Бк/ м3. Следует заметить, что в  зонах с умеренным климатом концентрация радона в закрытых помещениях в среднем  примерно в 8 раз выше, чем в наружном воздухе. Основным источником возможного загрязнения окружающей среды на АЭС являются газоаэрозольные выбросы. В совокупности с метеорологическими условиями именно они могли бы иметь сколько-нибудь заметное влияние на радиационную обстановку в районе расположения. Влияние АЭС на радиоактивность атмосферных выпадений прослеживается, в основном, в санитарно-защитной зоне, где в отдельные годы могут наблюдаться более высокие концентрации Cs-137 в снегу - 4-12 Бк/м2. В отдельные годы в пробах снега на удалении от ЛАЭС 10-30 км обнаруживались следовые количества коррозионных радионуклидов (Со-60 - 2-3 Бк/м2, Мn-54 - 2-5 Бк/м2).

Согласно результатам  многолетних исследований не обнаружено систематического значимого влияния  газоаэрозольных выбросов АЭС на формирование радиоактивности данных компонент, т.е. практически отсутствует значимое воздействие АЭС на базу внутреннего облучения от местных пищевых продуктов. Согласно данным наблюдений суммарная доза внешнего облучения на местности составляет в среднем 0,7-0,6 мЗв/год, при этом вклад радиоактивных выбросов АЭС достоверно неразличим на фоне колебаний естественного уровня облучения.

Весьма важно учитывать, что возможное действие ионизирующего  излучения на биоту районов АЭС практически всегда проявляется не изолированно, а совместно с другими факторами загрязнения природной среды. Наиболее отчетливо это видно на примере водоемов-охладителей, подверженных влиянию теплового сброса, химического загрязнения, эвтрофирования, механического травмирования организмов в водозаборных устройствах АЭС, дополнительного облучения от искусственных радионуклидов. Таким образом, имеет место сочетание действия ионизирующего излучения и нерадиационных факторов.

Особое место среди  загрязняющих окружающую среду агентов  занимают радиоактивные вещества. Внимание к нему сильно возросло после аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 г. и  ряда инцидентов на других гражданских  и военных объектах с ядерным топливом.

Радиоактивность – самопроизвольное превращение (распад) ядер элементов, приводящее к изменению их атомного номера или массового числа.

Радиоактивное излучение  как самопроизвольное испускание лучей  – это естественный процесс, существовавший задолго до образования Земли.

Радиоактивное излучение  является частью более общего понятия – ионизирующее излучение.

Ионизирующее излучение  – это поток корпускулярной (α-частиц, электронов, протонов, нейтронов и  др.) и (или) электромагнитной (рентгеновские, γ-лучи) энергии, связанной с прямым или косвенным возникновением ионов.

Радиоактивные препараты  испускают α- и β-частицы, γ- и тормозное излучение и нейтроны.

Вот уже более 100 лет с  момента случайных открытий Вильгельмом  Рентгеном рентгеновских лучей  в 1885 г. и Анри Беккерелем самопроизвольного  излучения урана в 1886 г. ядерные  исследования стали важнейшим направлением науки, а радио-нуклиды нашли применение в самых различных сферах деятельности людей.

α-лучи были идентифицированы как ядра атома гелия, β-лучи представляют поток электронов, а γ-лучи – это поток квантов большой энергии, характеризуемых частотой соответствующего волнового процесса.

γ-лучи отличаются от рентгеновских, возникающих при торможении быстрых  электронов в рентгеновских трубках  и ускорителях, лишь механизмом образования. Основными свойствами ионизирующих излучений являются проникающая и ионизирующая способность.

Проникающая способность  характеризуется путем пробега  частицы в среде. Она максимальна  для γ-лучей и минимальна для α-лучей.

Ионизирующая способность  характеризует количество ионов, образующихся при движении частицы в среде  на единицу расстояния. Она, напротив, максимальна для тяжелых α-частиц и минимальна для γ-излучения.

Чистые радиоактивные  элементы испускают α- или β-лучи, сопровождаемые чаще всего γ-излучением. Испускание только γ-лучей наблюдается редко.

Интенсивность радиоактивного распада характеризуется активностью.

Активность – это величина, характеризующаяся числом радиоактивных  распадов в единицу времени.

Характеристики  основных экологически значимых радионуклидов. Это Единицы измерения радиоактивности: дозы, биологические эффекты облучения, риск. Космическое облучение живых организмов

Источники и пути поступления  искусственных долгоживущих радионуклидов  в биосферу: Предприятия атомной  промышленности и энергетики, испытания  ядерного оружия, пункты захоронения  радиоактивных отходов, радиационные аварии в России, на Украине, в США. Экологические особенности биологически значимых радионуклидов. Искусственные 5 радионуклиды — стронций-90, цезий-135, плутоний, их физико-химические формы в радиоактивных выпадениях.

Естественные  радионуклиды. Калий-40, радий-226, уран-238, торий - 230. Зоны повышенного содержания естественных радионуклидов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Источники радиоактивных излучений и их характеристика

В окружающей нас природной  среде насчитывается около 300 радионуклидов, как естественных, так и получаемых человеком искусственных. В биосфере Земли содержится более 60 естественных радионуклидов. При работе реакторов  образуется около 80, при ядерных  взрывах – около 200, промышленностью  России выпускается более 140 радионуклидов.

Радиоактивный фон нашей  планеты складывается из четырех основных компонентов:

- излучения, обусловленного космическими источниками;

- излучения от рассеянных  в окружающей среде первичных радионуклидов;

- излучения от естественных  радионуклидов, поступающих в  окружающую среду от производств,  не предназначенных непосредственно для их получения;

- излучения от искусственных  радионуклидов, образованных при  ядерных взрывах и вследствие  поступления отходов от ядерного  топливного цикла и других  предприятий, использующих искусственные радионуклиды.

Первые два компонента определяют естественный радиационный фон. Третий компонент определяется как техногенно-измененный радиационный фон и формируется, главным образом, за счет выбросов естественных радионуклидов при сжигании органического топлива, поступления их при внесении минеральных (в первую очередь, фосфорных) удобрений и их содержания в строительных конструкциях и материалах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Космическое излучение

Первичные космические частицы, представленные в основном высокоэнергетич-ными протонами и более тяжелыми ядрами, проникают до высоты около 20 км над уровнем моря и образуют при взаимодействии с атмосферой вторичное высокоэнергетическое излучение из мезонов, нейтронов, протонов, электронов, фотонов и т.п. Частицы вторичного космического излучения вызывают ряд взаимо-действий с ядрами атомов азота и кислорода, при этом образуются космогенные радионуклиды, воздействию которых подвергается население Земли. К этой категории относится 14 радионуклидов, из них основное значение с точки зрения внутреннего облучения населения имеют 3Н и 14С, внешнего – 7Be, 23Na, 22Na. Интенсивность космического излучения зависит от активности Солнца, географического располо-жения объекта и возрастает с высотой. Для средних широт на уровне моря эффектив-ная эквивалентная доза составит примерно 300 мкЗв/год.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Излучение от рассеянных естественных радионуклидов

Большинство встречающихся  в природе первичных радионуклидов  относится к продуктам распада  урана, тория и актиния (актиноурана), являющихся родоначальни-ками 3 радиоактивных семейств.

  Семейство урана начинается 238U, завершается стабильным изотопом 206Pb и содержит 17 элементов.

Семейство тория начинается 232Th, завершается 208Pb, содержит 12 элементов.

Семейство актиноурана начинается 235U, завершается 207Pb, содержит 17 элементов.

Кроме того 12 долгоживущих радионуклидов  не входит в состав семейств: 40K, 50V, 87Rb, 115In, 123Te, 138La, 144Nd, 147Sm, 176Lu, 180W, 187Re, 190Pt.

Внешнее γ-облучение человека от указанных естественных радионуклидов вне помещений обусловлено их присутствием в компонентах окружающей среды. Основной вклад в дозу внешнего облучения дают γ-радионуклиды рядов 228Ас, 214Pb, 214Bi, а также 40К.

Внутреннее облучение  человека обусловливается радионуклидами, поступающи-ми внутрь организма через легкие, желудочно-кишечный тракт. Наиболее значимыми с точки зрения внутреннего облучение являются 40К, 14C, 210Po, 226Ra, 222Rn, 220Rn.

Расчетные значения годовой  эффективной эквивалентной дозы от природных источников для районов  с нормальным фоном колеблется от 1 до 2,2 мЗв.