Радиационное загрязнение

    Обедненному урану были посвящены обширные исследования окружающей среды, несколько научных конференций, а также многочисленные публикации в научной литературе. Использование ОУ в военных целях связано с тем, что он является очень плотным металлом (плотность 19 г/см3), имеет высокую температуру плавления (1132°С), весьма пирофорен1 и обладает пределом прочности на разрыв, соизмеримым с пределами для большинства типов сталей. Это делает его идеальным для применения в бронебойных боеприпасах и усиленной броне (рис.5.29).

 

 

 

Рис.5.29. Пояснение того, что происходит, когда в бронированную машину попадает сердечник из обедненного урана (в данном случае 25-мм снаряд, выпущенный из подвесного пушечного контейнера GPU-5/А).

 

    Пыль ОУ, образующаяся при столкновении с мишенью, может рассеяться и загрязнить окружающую среду. По оценкам обычно 10-35% (максимально до 70%) пробойника из ОУ превращается в аэрозоли при соударении или при возгорании ОУ. Размеры большей части пылевых частиц меньше 5 мкм, поэтому они удерживаются в воздухе в течение длительного времени и разносятся ветром. Согласно исследованиям, проведенным на местах испытаний в США, большая часть осевшей пыли ОУ выпадает в пределах 100 м от мишени. Однако пыль ОУ может переноситься на расстояния до 40 км, оставаясь в воздухе в течение значительного времени.

    Гражданское использование ОУ ограничено в основном производством стабилизаторов для самолетов и судов. Подсчитано, что только в США к настоящему времени накоплено примерно 600 000 т ОУ. Около 320 т ОУ было рассеяно в окружающей среде во время войны в Персидском заливе в начале 1990-х гг., и около 15 т – было использовано через несколько лет на Балканах.

    Вопреки общественному заблуждению, главная опасность для здоровья связана не с радиоактивностью ОУ, а, как и в случае других тяжелых металлов, с его химической токсичностью (поражает в основном почки). Однако ОУ, полученный в результате переработки облученного ядерного топлива, использовавшегося в ядерных реакторах, содержит широкий спектр трансурановых радионуклидов, что повышает его радиационную опасность. Так в боеголовках из ОУ, собранных в Косово, были обнаружены следы 236U и 239+240Pu. Сообщалось, что также присутствовали следовые количества Am, Np и 99Тс.

    Опасность для здоровья может возникать в результате вдыхания или поступления с пищей аэрозолей или частиц, которые образуются при возгорании снарядов и брони из ОУ во время удара или в результате проникновения фрагментов в почву или другие поверхности. Особенно важен размер частиц, ассоциированных с радионуклидами: большие частицы (5-30 мкм) обычно оседают в верхней части дыхательных путей, в то время как малые частицы (~1 мкм) могут достигать нижних частей дыхательной системы и оседать в альвеолах, подвергая легочные ткани облучению, и в пределе переходить в циркуляционные отделы с биологическим периодом полувыведения около 1 года. Повышенные содержания урана в моче ветеранов войны в Заливе, имеющих в своих телах вонзившиеся осколки шрапнели с ОУ, обнаруживались даже спустя 7 лет после военных действий.

10) Радиоактивные отходы

 

    После запрещения испытаний ядерного оружия в трех сферах проблема уничтожения радиоактивных отходов, образующихся в процессе использования атомной энергии в мирных целях, занимает одно из первых мест среди всех проблем радиационной экологии.

    По физическому состоянию радиоактивные отходы (РАО) подразделяются на твердые, жидкие и газообразные. Жидкие и твердые радиоактивные отходы подразделяются по удельной активности на 3 категории: низкоактивные, среднеактивные и высокоактивные.

    Для сбора радиоактивных отходов в организации должны быть специальные сборники. Места расположения сборников должны обеспечиваться защитными приспособлениями для снижения излучения за их пределами до допустимого уровня.

    Передача РАО из организации на переработку или захоронение должна производиться в специальных контейнерах. Переработку, долговременное хранение и захоронение РАО, как правило, производят специализированные организации.

 

 

Рис.5.30. Общая схема обращения с радиоактивными отходами.

 

    Хранилища радиоактивных отходов размещаются глубоко под землей (не менее 300 м), причем, за ними устанавливается постоянное наблюдение, так как радионуклиды выделяют большое количество тепла. Подземные хранилища РАО должны быть долговременными, рассчитанными на сотни и тысячи лет. Для облегчения захоронения и надежности последнего жидкие высокоактивные РАО превращают в твердые инертные вещества. В настоящее время основными методами переработки жидких РАО являются цементирование и остеклование с последующим заключением в стальные контейнеры, которые хранятся под землей на глубине нескольких сотен метров. Радиоактивные отходы в большом количестве производят атомные электростанции, исследовательские реакторы и военная сфера (ядерные реакторы кораблей и подводных лодок).

 

    Глубокое захоронение РАО используется не случайно. Естественные изменения геологической среды сопровождаются возникновением глубинных источников сейсмических колебаний, вызывающих на поверхности землетрясения различной интенсивности вплоть до разрушительных. Естественная сейсмичность является фактором, лимитирующим создание ответственных сооружений, в том числе связанных с обращением с отходами. Применительно к глубинному захоронению жидких, в том числе радиоактивных, отходов оценка сейсмической опасности имеет свои особенности, что обусловлено уменьшением сейсмического воздействия с глубиной.

    По данным оценок Канадских геологов по заказу компании «Онтарио-Гидро» в связи с захоронением отвержденных РАО, интенсивность сейсмического воздействия с глубиной уменьшается по зависимости, близкой к экспоненциальной. В мировой практике известны случаи, например в Китае, когда при землетрясениях горные выработки сохраняли устойчивость и все из находящихся в них шахтеры поднимались на поверхность, хотя населенный пункт рядом с шахтой был полностью разрушен. При разрушительном Газлийском землетрясении глубокие буровые скважины, использующиеся для добычи газа, практически не были повреждены, хотя поверхностное оборудование претерпело разрушения.

    В связи с этим ограничение создания полигонов захоронения жидких РАО по сейсмичности относится, прежде всего, к поверхностным сооружениям – павильонам скважин, трубопроводам, насосным станциям и т.д., которые при необходимости могут быть построены в сейсмостойком исполнении. Тем не менее, в районах, характеризующихся повышенной сейсмичностью и подобными землетрясениями, глубинное захоронение жидких РАО обычно не проводится.

    Иной характер может иметь деятельность человека. Бурение глубоких скважин в местах захоронения РАО, проходка горных выработок может привести к вскрытию коллекторских горизонтов, содержащих отходы, попаданию компонентов отходов на поверхность, в неглубокозалегающие грунтовые воды.

    Для предупреждения подобных явлений в районе полигонов захоронения отходов вводятся ограничения пользования недрами.

 

    Жидкие РАО Военно-Морского флота хранятся в береговых и плавучих емкостях в регионах, где базируются корабли с атомными двигателями. Годовое поступление таких РАО около 1300 м3. Они перерабатываются двумя техническими транспортными судами (один на Северном, другой на Тихоокеанском флотах). Кроме того, в связи с интенсификацией применения ионизирующего излучения в хозяйственной деятельности человека, с каждым годом возрастает объем отработанных радиоактивных источников, поступающих с предприятий и учреждений, использующих в своей работе радиоизотопы. Большая часть таких предприятий находится в Москве (около 1000), областных и республиканских центрах. Эта категория РАО утилизируется через централизованную систему территориальных организаций.

    Кроме РАО существует проблема отработанного ядерного топлива АЭС. Отработанное топливо перевозится на радиохимические комбинаты со специальными подземными хранилищами. Затем оно регенерируется и отправляется на АЭС для повторного использования в качестве ядерного горючего.

 

 

Рис.5.31. Окончательное удаление РАО в хранилища: низкоактивные – в приповерхностные, среднеактивные – в подземные, высокоактивные – в глубокие геологические формации.

Рис. 5.32. Районы сброса жидких РАО на Дальнем Востоке.

 

    В России разработана и осуществляется федеральная целевая программа «Обращение с РАО и отработавшими ядерными материалами, их утилизация и захоронение», утвержденная постановлением Правительства РФ. Поскольку Россия не в состоянии своими силами ускорить темп утилизации списанных АПЛ, частичное финансирование этих работ на безвозмездной основе осуществляют Норвегия, США, Франция и Великобритания.

    В настоящее время Россия прекратила сброс РАО в северные моря, в результате чего списанные и выведенные из эксплуатации атомные подводные лодки с невыгруженным ядерным горючим переполняют гавани и побережье Арктики, где расположены базы Северного флота, а также судостроительные и судоремонтные заводы.

    США и страны Западной Европы затапливали свои РАО в северо-восточной части Тихого океана, в северо-восточном и северо-западном секторах Атлантики.

 

 

 

Рис.5.33. Составленная NRDC2 карта размещения ядерных реакторов и хранилищ отработанного ядерного топлива на территории США.

 

    В США политика в области обращения с атомными отходами была сформулирована в 1982 году, когда был принят Акт о политике в области обращения с атомными отходами (Nuclear Waste Policy Act), который предусматривал геологическое захоронение высокоактивных отходов без переработки, а все предприятия ядерно-энергетического комплекса отчисляют в фонд специальный налог. Захоронение военных отходов оплачивается Федеральным правительством.

    После принятия этого акта было предложено для изучения девять площадок в шести штатах. Некоторое время планировалось организовать хранилище радиоактивных отходов в округе Деф-Смит, но в дальнейшем отказались от этой идеи в пользу Юкка-Маунтин. Самой ранней предполагаемой датой для начала строительства репозитория считается 2013 г. В результате атомная промышленность США до сих пор не имеет возможности долговременного захоронения радиоактивных отходов. Существующее в США глубокое геологическое хранилище Waste Isolation Pilot Plant принимает отходы только от оборонной индустрии. В настоящее время радиоактивные отходы в США хранятся на местах производства, что гораздо более опасно и накладно, чем перевозка и захоронение их в репозитории. Поэтому отказ администрации Обамы от продолжения проекта вызвал множество судебных исков, где защитниками проекта являются представители атомной промышленности и муниципалитетов, в которых находятся временные склады радиоактивных отходов, а с другой стороны – представители штата Невада, ряда экологических и общественных групп и в настоящее время федеральных властей.

    К существенным загрязнениям морской среды привела работа западноевропейских предприятий, перерабатывающих отработанное ядерное топливо. Наибольшее значение имеют два британских предприятия (Селлафилд и Доунрей) и французское «Кожема», расположенное на мысе Аг (рис. 5.34). Так, находящийся на восточном побережье Ирландского моря комплекс Селлафилд с 1951 г. проводит плановые сбросы низкоактивных жидких отходов по трубопроводам в Ирландское море. Два других крупных европейских предприятия внесли существенно меньший вклад в загрязнение окружающей среды искусственными радионуклидами.

 

 

Рис. 5.34. Европейские предприятия по переработке ядерного топлива: 1 – Селлафилд, 2 – мыс Аг,

3 – Доунрей.

Рис. 5.35. Годовые сбросы 137Cs в Ирландское море комплексом Селлафилд.

 

На рис. 5.35 представлены изменения годового сброса 137Cs предприятием в Селлафилде. Максимальный сброс по β-излучающим РН пришелся на 1975 г. (9 ПБк), а по α-излучающим –

на 1973 г. (180 ТБк). Общая активность сбросов за 1952-1994 гг. оценивается в 39 ПБк 3Н, 41 ПБк 137Cs, 6 ПБк 134Cs, 6 ПБк 90Sr, 120 ТБк 238Рu, 610 ТБк 239,240Pu, 22 ПБк 241Рu, 540 ТБк 241Am. К 1992 г. сбросы многих долгоживущих РН (137Cs, трансурановых элементов) уменьшились примерно на два порядка по сравнению с серединой 1970-х гг. Тем не менее, загрязнение Северной Атлантики и Арктики 129I к 1997 г. выросло примерно в 2.5 раза по сравнению с началом 1990-х гг., сбросы 99Тс достигли максимума к 1995 г.

    Дальнейшая миграция РН, сбрасываемых в Ирландское море и Ла-Манш, определяется преобладающими течениями. Огибая Великобританию с юга и востока, радионуклиды поступают в Северное море, далее через Датские проливы проникают в Балтику. Значительная часть радионуклидов движется вдоль северо-западного побережья Норвегии, где делится на две основные ветви, одна из которых направляется к западу от Шпицбергена, другая – в сторону Баренцева моря. По усредненным оценкам, время переноса радионуклидов с водными массами из Селлафилда в Баренцево и Карское моря составляет 5-6 лет.

 

11) «Космический мусор».

 

    Мы все заслуженно гордимся достижениями космонавтики. С помощью космических аппаратов землян изучали Луну, все планеты Солнечной системы, их спутники, астероиды и кометы. Космические аппараты «Пионер-10» и «Вояджеры» стартовавшие более 30 лет тому назад и запущенный на околоземную орбиту телескоп «Хаббл» позволили получить уникальные сведения о планетах Солнечной системы и далеких звездных системах. Сегодня ни одна развитая страна мира не может обойтись без мобильной связи, телевидения, радиосвязи, средств наблюдения за опасными участками земной поверхности, космической навигации, космической разведки и т.п. И все это заслуги ИСЗ и космонавтики.

    Однако у космических исследований есть также и «обратная сторона»: запуски ракет, разрушение и падение фрагментов космических аппаратов приводят к серьезным экологическим проблемам на Земле и в космосе.

    Проблема экологии космической деятельности возникла практически после первых запусков крупных ракет, однако потребовались десятилетия, чтобы осознать всю ее серьезность.

    Влияние запусков ракет на поверхность планеты во многом зависит от массы стартующих ракет, частоты запусков, т.е. грузопотока на орбиту. Последний составляет около 2200, 700 и 600 тонн в год для космодромов Байконур, мыс Канаверал и Плесецк соответственно.

    Высота самой большой ракеты «Аполлон» (именно с ее помощью были осуществлены пилотируемые полеты на Луну) превышала 100 метров, а масса была близка к 3 тыс. тонн. В настоящее время самая крупная ракета имеет массу около 2 тыс. тонн и высоту около 50 м. Такая ракета в секунду сжигает почти 10 т топлива и выбрасывает в атмосферу далеко не безвредные продукты сгорания. Самые «маленькие» космические ракеты имеют массу около 100 т. Масса топлива в ракетах всех типов – почти 90% массы ракеты.