Радиоактивное загрязнение

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

Северо-Казахстанский государственный университет им. М.Козыбаева

 

Экономический факультет

Кафедра экономики

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

по дисциплине «ЭкоЛОГия»

«РАДИАЦИОННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ТЕРРИТОРИИ РК»

050506.DO.Э-10

 

 

 

автор                                                                      ___________

 

РУКОВОДИТЕЛЬ                                                              ___________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Петропавловск, 2010

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

 

 

 

1 ИЗОТОПЫ И РАДИОАКТИВНОЕ  ИЗЛУЧЕНИЕ

1.1 Общая характеристика  изотопов и радиоактивного излучения

Изотопы – это атомы элемента с одним и тем же атомным номером, но с различными атомными массами. Термин «изотоп» предложил Содди в 1918 г. для обозначения двух или более веществ с разной массой, занимающих одно и то же место в периодической таблице. Известно 340 естественных изотопов элементов.

A=Z+N,

N=A–Z,

Z=A–N,

где A – массовое число, Z – порядковый номер элемента в периодической системе, равный заряду ядра, числу протонов и числу орбитальных электронов атома, N – число нейтронов. У легких изотопов A=2Z. Это соотношение выдерживается до кальция-40. По принципу четности нейтронов и протонов все изотопы могут быть разделены на 4 типа:

Z		N
Четное     Нечетное	Четное Четно-четные, 166 изотопов, 168O Нечетно-четные, 47 изотопов, 73Li	Нечетное Четно-нечетные, 55 изотопов, 94Be   Нечетно-нечетные, 5 изотопов, 63Li, 105B, 147N, 5023V, 18073Ta

Еще Д. И. Менделеев обнаружил аномальность соотношений для трех пар элементов (более тяжелые элементы с меньшими порядковыми номерами, чем более легкие):

4018 Ar и 3919K;

5927Co и 5828Ni;

12852Te52 и 12753I .

Эти и другие аномалии были объяснены с открытием радиоактивности.

Радиоактивность – самопроизвольный переход ядер нестабильных атомов в более стабильное состояние. В результате изменений в ядрах атомов выделяется излучение:

α-лучи (ионы гелия);

β-лучи (электроны);

γ-лучи (электромагнитные волны).

Удаление α-частицы из ядра смещает атомный номер в периодической таблице на 2 позиции влево. Массовое число элемента при этом уменьшается на 4 единицы.

При β–распаде массовое число не изменяется. При обычном β-распаде нейтрон превращается в протон с выделением электрона, а атомный номер элемента увеличивается на единицу. При электронном захвате протон переходит в нейтрон в результате перемещения электрона их К-оболочки атома в ядро. Атомный номер при этом уменьшается на единицу, β-излучение отсутствует, но выделяются Х-лучи.

γ-лучи испускаются при возвращении ядра из возбужденного состояния в обычное состояние.

Все три вида излучения являются ионизирующими и способны наносить повреждения биологическим объектам (лучевая болезнь, мутации, образование злокачественных опухолей). Наибольшей проникающей способностью обладает γ-излучение.

Наибольшую опасность из радиоактивных элементов представляют те, у которых период полураспада составляет от нескольких недель и месяцев до нескольких лет (см. табл. 1), поскольку короткоживущие изотопы распадаются быстро и не успевают принести существенного вреда, а долгоживущие – слабо радиоактивны.

Таблица 1

Основные радиоактивные изотопы, имеющие значение для экологии (Рамад, 1981)
Радиоизотоп (в скобках – стабильный изотоп)	Период полураспада	Излучение
		α	β		Γ
Группа А: Радиоизотопы элементов, составляющих основу живого вещества
14C (12C) 3H (1H) 32P (31P) 35S (32S) 45Ca (40Ca) 24Na (23Na) 42K (39K) 40K (39K) 59Fe (56Fe) 54Mn (55Mn) 131I (127I)	5568 лет 12,4 года 14,5 сут. 87,1 сут. 160 сут. 15 ч. 12,4 ч. 1,3 млрд. Лет 45 сут. 300 сут. 8 сут.			+ + +++ + + +++ +++ ++ ++ ++ ++		+++ ++ ++ +++ ++ ++
Группа В: обильны в радиоактивных осадках, выбросах при авариях реакторов
90Sr (88Sr) 137Сs (133Сs) 144Сe (140Сe) 106Ru (101Ru) 91Y (89Y) 239Pu (244Pu)	27,7 года 32 года 285 сут. 1 год 61 сут. 24000 лет	++++		++ ++ ++ + +++		+ +   ++ ++
Группа С: Инертные газы
41Ar (40Ar) 85Kr (84Kr) 133Xe (131Xe)	2 ч. 10 лет 5 сут.			++ + +++
+ энергия меньше 0,2 МэВ, ++ энергия 0,2-1 МэВ, +++ энергия 1-3 МэВ, ++++ энергия больше 3 МэВ

 

Серьезную проблему представляют стронций–90 и цезий–137 благодаря своей способности к накоплению в человеческом организме.

Стронций благодаря своему химическому сходству с кальцием очень легко проникает в костную ткань позвоночных, а цезий может накапливаться в мускулах, замещая калий.

Фоновое содержание стронция–90 в почвах составляет 28 г т-1, в почвах крупных городов – 44 г т-1. Содержание цезия–137 в воздухе составляет (пг м-3): 20 (Норвегия), 40 (Гренландия), 60–1500 (ФРГ), 16–1500 (Япония), 70–300 (США, Канада) [5].

В организм человека цезий и стронций попадают с пищей. Средние содержания их в культурных растениях приведено в таблице 2 (один Бк соответствует одному распаду в сек).

Таблица 2

Среднее содержание 90Sr и 137Cs (Бк кг–1 сухой массы) в культивируемых растениях
Культура	90Sr	137Cs
Пшеница (зерно) Рожь (зерно) Ячмень (зерно) Морковь Капуста Картофель Свекла Яблоки	2,849 2,701 3,108 0,555 0,469 0,185 0,666 0,333	10,730 7,400 6,290 1,887 2,109 1,406 1,702 1,998

 

После газа радона-222 калий-40 занимает второе место в создании природного радиоактивного фона, за ним следуют уран, радий и торий.

Содержание этих радиоактивных элементов в различных породах приведено в таблицах 3, 4. Поскольку строительные материалы изготавливаются из природного сырья, практически все они также в разной степени радиоактивны (см. таблицу 5).

Таблица 3

Распространение 40K в окружающей среде
Источник	Бк кг–1
Морская вода Почвы Известняк Гранит Базальт Изверженные породы Глинистые сланцы Песчаники Апатиты Фосфатиты Фосфатно-калийные удобрения Азотно-фосфорно-калийные удобрения	12–15 37–1100 30–40 925–1200 290–400 814–925 85–850 300–400 44–170 230 5900 1200–5900

Таблица 4

Концентрации радиоактивных изотопов (Бк кг–1) в горных породах
Тип породы	238U	226Ra	232Th
Граниты Диориты Базальты Дюриты Сланцы Алюминиевые сланцы Известняки Песчаники	59 31 11 0,4 44 – 26 18	96–114 – 18,5 – 14,8 2220 14,8–25,9 11,1–25,9	81,4 32,5 11,1 24,4 44,4 – 7,0–7,7 11,1

 

Таблица 5

Радиоактивность строительных материалов
Строительный материал	Радиоактивность, Бк кг–3
Дерево Природный гипс Песок и гравий Портландцемент Кирпич Гранит Зольная пыль Глинозем Фосфогипс Кальцийсиликатный шлак Отходы урановых обогатительных предприятий	1,1 29 34 45 126 170 341 1367 574 2140 4625

 

Надо отметить, что опасность ионизирующей радиации для живых существ зачастую преувеличивается. Во-первых, она имеет пороговый уровень, ниже которого воздействие радиации на организмы не является вредным. Во-вторых, малые дозы радиации могут быть полезными (так называемый «эффект хормезиса»).

Так, исследования воздействия малых доз радиации на животных показали, что продолжительность жизни облученных мышей, крыс, собак оказалась дольше, они были более здоровыми и приносили более многочисленное потомство, чем животные, не подвергавшиеся облучению [2]. Сходные данные получены и для человека [4].

При малых дозах гамма излучения и быстрых нейтронов наблюдалось усиление роста водорослей, увеличение продолжительности жизни мышей и морских свинок. Хормезис проявляется в стимулировании восстановления ДНК, синтезе белков, образовании антистрессорных белков, обезвреживании свободных радикалов, стимулировании иммунной системы. У млекопитающих обнаружено усиление защитных реакций по отношению к опухолевым и инфекционным заболеваниям, в частности, лейкемией, раком и саркомой [2].

В сельском хозяйстве, например, ионизирующие излучения используются для повышения всхожести семян, ускорения развития и повышения урожая растений, лучшей прививаемости черенков, повышения яйценоскости кур, стимуляции оплодотворяемости и выхода мальков в рыбоводстве [3].

При обследовании жертв атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки выяснилось, что у людей, подвергшихся облучению на уровне 100 мЗв (1 мЗв эквивалентен разрушению одной молекулы ДНК в одной клетке тела человека. Природно-обусловленное разрушение ДНК имеет скорость порядка 70 млн. год–1), смертность от лейкемии была меньше, чем у контрольной группы.

В Норвегии природный радиоактивный фон обеспечивает среднюю дозу облучения людей за время жизни 365 мЗв, в некоторых местностях – до 1500 мЗв, в Индии и Иране есть районы, где эта доза возрастает до 2000 и 3000 мЗв, соответственно (Кондратьев, 1999). В России пороговым уровнем считается 70 мЗв (до 1991 г. был принят уровень 50 мЗв).

Многие курорты (например, в горах Швейцарии, Кавказа, Памира, Колорадо), наряду с благоприятными климатическими факторами, как правило, включают и фактор повышенного природного радиоактивного фона. Всемирно известные курорты Браубах, Висбаден, Баден-Баден (Германия), Бадгастайн (Австрия), Масутами-Спрингс (Япония), Цхалтубо, Пятигорск, Белокуриха и многие другие возникли вокруг источников с повышенным содержанием радона.

1.2 Радон

Наибольшая доля природного радиоактивного фона (около 50 %) образуется радоном, являющимся естественным продуктом распада 238U и 32Th. Вклад в радиоактивный фон радона-222 из уранового ряда в 20 раз больше, чем вклад радона-220 из ториевого ряда. Некоторые местности достаточно богаты естественным ураном. Например, в Девоне и Корнуэлле местные граниты содержат до 2000 г т-1 урана.

Уран распадается достаточно сложным путем и на одном из этапов образует радон.

Поскольку радон – газ, с достаточно большим периодом полураспада, он диффундирует из пород и может проникать в расположенные рядом постройки. Скорость выделения радона из грунта колеблется от 3 до 50 мБк м–2 с–1. Радон – бесцветный газ без запаха в 8 раз тяжелее воздуха, скапливающийся над поверхностью грунта.