Пути миграции радионуклидов

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Брестский государственный университет

имени А.С Пушкина»

 

Биологический факультет

 

Кафедра химии

 

 

 

 

 

ПУТИ МИГРАЦИИ ИСКУССТВЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ В ОКРУЖАЮЩЕ СРЕДЕ

 

Реферат

 

 

 

 

 

 

 

 

Подготовила:

студентка 5 курса       

специальности

«Химия. Биология»       Филанович С.В.

 

 

         Проверил:                       

                                              

Преподаватель кафедры

химии                                         Коваль Т.А. 

 

 

 

 

 

 

 

Брест 2015

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Под термином «миграция» понимают движение химических элементов в компонентах окружающей среды. Дело в том, что в природе все элементы, особенно если это элементы, которые образовывают верхний слой почвенного покрова Земли, находятся в движении. Необходимо отметит, что интенсивность движения каждого из этих элементов разная. Например, элементы, которые обеспечивают развитие растений интенсивно извлекаются из почвы и с отмиранием растений опять поступают в почву. Так образуется малый круговорот веществ (элементов) в природе.

Существует разные уровни организации миграции веществ (их химических соединений), которые происходят как в пределах почвенно-растительного покрова, так и в пределах целого ландшафта. 
По своей сути, механизмы обеспечивающие миграцию радиоактивных веществ в окружающей среде, ни чем не отличаются от механизмов миграции других элементов. В большинстве отличия обусловлены физико-химическими свойствами каждого радионуклида.

По происхождению миграцию радионуклидов разделяют на несколько типов: природную и техногенную (иногда ее называют антропогенной). По природной миграцией радионуклидов понимают миграцию, вызванную природными явлениями – разливы рек и паводки, пожары, дожди, ураганы и т.д. Под техногенной миграцией понимают движение элементов, обусловленное деятельностью человека – ядерные взрывы, аварии на ядерных энергетических установках, предприятиях по добыче и переработке урана, каменного угля, руды и т.д.)

Объект исследования: искусственные радионуклиды.

Предмет исследования: характер путей миграции искусственных радионуклидов.

Цель работы: изучить пути миграции искусственных радионуклидов в оружающей среде.

Реализация поставленной цели требует решения следующих задач:

1. Раскрыть сущность понятия «миграция»
2. Познакомиться с понятием «искусственные радионуклиды» и ознакомиться с основными типами искусственных радионуклидов
3. Рассмотреть основные пути распространения (миграции) искусственных радионуклдов.

 

1 ИСКУСТВЕННЫЕ РАДИОНУКЛИДЫ

 

 

Искусственные радионуклиды появились в связи с деятельностью человека. Они подразделяются на три группы:

1. Радиоактивные продукты  ядерного деления. Они возникают  при реакциях деления ядер 235U, 238U, 239Pu и т.д., которые происходят в результате действия на них нейтронов. Источники этой группы радионуклидов в атмосфере – испытания ядерного оружия, работа предприятий ядерного топливного цикла и атомной промышленности (ядерно-энергетические установки, радиохимические заводы и т. д.). При ядерных взрывах образуется около 250 изотопов 35 элементов. К радиоактивным продуктам деления (РПД): относятся: 131J, 137Cs, 90Sr, 140Ba, 133Xe и многие другие. Период полураспада РПД от нескольких секунд до нескольких десятков лет.

Большинство образующихся радионуклидов являются  β- и γ-излучателями (131J, 137Cs, 140Ba), остальные испускают или только бета-частицы (90Sr, 135Cs) или альфа-частицы (144Nd, 147Sm).

2. Радиоактивные трансурановые элементы, возникающие в ядерно-энергетических установках и при ядерных взрывах в результате последовательных ядерных реакций с ядрами атомов делящегося вещества и последующего радиоактивного распада образующихся сверхтяжелых ядер. К этим радионуклидам относятся 237Np, 239Pu, 241Am, 242Cm и др. В основном они альфа-активны, характеризуются очень большим периодом полураспада, отсутствием стабильных изотопов.

3. Продукты наведенной  радиоактивности, образующиеся в  результате ядерных реакций элементарных  частиц. Нейтроны, образующиеся при цепной реакции деления урана или плутония воздействуют на ядра стабильных элементов окружающей среды, превращая их в радиоактивные (реакция активации). К этим радионуклидам относятся: 45Ca, 24Na, 27Mg, 29Al, 31Si, 65Zn, 54Fe и др. Большая часть их распадается с испусканием β- частиц и γ- излучения.

 

 

2 ИСКУССТВЕННЫЕ РАДИОНУКЛИДЫ  В ОКРУЖАЮЩЕЙСРЕДЕ

 

 

Искусственные радионуклиды поступают в окружающую среду в результате испытаний ядерного оружия, ядерных взрывов, проводившихся в мирных целях, а также деятельности предприятий ЯТЦ. Локальными источниками служат аварии самолетов с ядерным оружием на борту, гибель

подводных лодок, оснащенных атомными силовыми установками и ядерным оружием. В течение ряда лет многие страны, в том числе и СССР, сбрасывали в моря и реки жидкие радиоактивные отходы и затапливали отработавшие ядерные установки. Вклад в техногенную радиоактивность окружающей среды вносят и аварии искусственных спутников Земли с ядерными источниками энергии. Развитие атомной энергетики также привело к тому, что радионуклиды поступали и продолжают поступать в окружающую среду, как при штатной работе АЭС, так и в результате аварийных ситуаций, из которых наиболее серьезные последствия имела авария на Чернобыльской АЭС 26 апреля 1986 г. В таблице 2.2 представлены обобщенные данные о поступлении техногенных радионуклидов в окружающую среду в результате испытаний ядерного оружия (в том числе и подземных), деятельности предприятий ядерного топливного цикла и аварийных ситуаций на них.

 

Таблица 1 – Оценка выброса техногенных радионуклидов

 

Источник	Активность выбросов, ПБк
	3H	14C	РБГ*	90Sr	131I	137Cs
Атмосферные ядерные взрывы	2,4 105	220		604	6,5 105	910
Подземные ядерные взрывы			50		15
Ядерный топливный цикл в том числе :
работа реакторов	140	1,1	3200		0,4
переработка ОЯТ	57	0,3	1200	6,9	4 10-3	40
Производство и использование радионуклиов	2,6	1,0	52		6,0
Аварии :
Три - Майл - Айленд		370		6 10-4		40
Чернобыль					630	70
Кыштым				5,4		0,04
Селлафилд		1,2			0,7	0,02
«Космос - 954»				3 10-3	0,2	3 10-3

 

 

 

3 ПУТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ  ИСКУССТВЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ

 

 

Образование искусственных радионуклидов определяется применением реакции деления ядер с нечетным массовым числом (233, 235U, 239,241Pu и др.). При этом происходит образование:

• продуктов реакции деления – ядер химических элементов из середины таблицы Менделеева. Образуются непосредственно в результате деления ядра с нечетным массовым числом, обладают избытком одного из вида нуклонов (нейтронов или протонов) и поэтому претерпевают β-распады. Наиболее характерные представители 137Cs – (T1/2 = 30.2 лет, β- и γ- излучатель), 90Sr –             (T/2 = 28.1 года, β-излучатель), 131l - (T1/2 = 8.04 суток, β- и γ- излучатель) 144Се – (T1/2 = 284 суток, β- и γ- излучатель), 106Ru - (T1/2 = 368 суток, β- и γ- излучатель);
• продуктов активации - образуются вследствие захвата ядрами стабильных химических элементов нейтронов, вылетающих из разделившегося ядра при реакции деления. Наиболее характерные представители 55Fe (T1/2 = 2.6 года, β- и γ- излучатель), 60Co - (T1/2 = 5.27 года, β- и γ- излучатель), 54Mn –           (T1/2 = 312 суток, β- и γ- излучатель);
• трансурановые элементы - образуются вследствие захвата нейтронов ядрами урана или плутония неспособных к делению. Наиболее характерные представители Pu - (T1/2 = 24100 года, a- и β- излучатель), Am (T1/2 = 431 года, a- и   β- излучатель).

Выделяют четыре основных пути распространения радионуклидов:

Атмосферный путь определяет собой очень эффективное и быстрое (равное скорости ветрового переноса) распространение радионуклидов в окружающей среде в локальном, региональном и глобальном масштабах.

Водный путь миграции по физическим законам распространения аналогичен атмосферному, однако, распространение идет медленнее, происходит поглощение радионуклидов взвешенным веществом и гидробионтами. По этим причинам, в водной среде скорость очищения выше, чем в воздушной.

Почвенный путь миграции. Определяется конвективным влагопереносом радионуклидов с почвенной влагой и диффузией свободных и адсорбированных ионов. Его относят к самому медленному виду перемещения загрязнителей в окружающей среде, с периодом сопоставимым со скоростью радиоактивного распада, хотя уровни загрязнения в месте поступления радионуклидов могут быть очень высоки.

Биогенный путь миграции. Имеет место за счет вовлечения радионуклидов животными и растениями в процессы жизнедеятельности с по следующим выводо в окружающую среду в трансформированном состоянии. 

3.1. Поведение радиоактивных  газов и аэрозолей в атмосферном  воздухе

 

 

При поступлении в атмосферу радиоактивных продуктов, возникающих при испытании ядерного оружия, и попадании в атмосферный воздух радиоактивных отходов от тех или иных объектов выявлены некоторые общие закономерности в их поведении. Вместе с тем при испытаниях ядерного оружия значительная часть радионуклидов увлекается в верхние слои тропосферы и стратосферу, поэтому их поведение в этом случае в значительной степени обусловлено особенностями метеорологических процессов в атмосфере всей планеты. Какие же явления имеют место при взрывах ядерного оружия?

При взрыве ядерных устройств реакции деления и синтеза практически происходят за 10-7 с, при этом температура настолько высокая, что разрушаются все химические связи, происходит частичная, а у некоторых атомов и полная ионизация. Все устройство целиком превращается в газ, состоящий из нейтральных и ионизированных атомов. В этой стадии фиксируют быстро расширяющийся огненный шар, плотность газа в котором из-за высокой температуры значительно меньше плотности атмосферного воздуха. Это способствует быстрому подъему огненного шара до такой высоты, где его плотность становится равной плотности окружающего воздуха. Быстрый подъем шара создает на его пути область разрежения, в которую с большой скоростью перемещаются более плотные массы воздуха. Формируется мощный восходящий поток в виде вертикального столба - ножки гриба. Через несколькомиллисекунд после детонации наступает стадия особенно сильной генерации светового и теплового излучения, ведущая к потере энергии. По этой причине и вследствие почти адиабатического расширения огненного шара температура его снижается и начинается конденсация содержащихся в нем паров. При конденсации образуются радиоактивные аэрозоли различного размера. Так возникает радиоактивное облако в виде гриба. Ход этого процесса, химический состав и структура образующихся продуктов в значительной степени зависят от условий, в которых произведен взрыв, а также от вида и мощности взрываемого устройства.

Объем облака составляет примерно 100 км3 на 20 кт тротилового эквивалента, или 5000 км3 на 1 Мт тротилового эквивалента.

Крупные частицы под действием силы тяжести довольно быстро выпадают в районе взрыва, создавая местное, локальное загрязнение. Частицы микронного и субмикронного размера оседают медленно, оставаясь взвешенными в воздушных массах, входящих в состав облака. Выпадение этих частиц приводит к радиоактивному загрязнению в точках земного шара, удаленных на десятки тысяч километров от места испытаний, т.е. к глобальному загрязнению.

Продукты деления ядерных взрывов в значительной мере распределяются в зависимости от условий испытаний и мощности устройств, например при взрывах мегатонного класса, следующим образом: при воздушных взрывах на большой высоте 90% всех осколков увлекается в стратосферу, локальных загрязнений нет, при наземных взрывах 20% попадает в стратосферу, 80% выпадает в районе взрыва. При взрыве над поверхностью моря 30% попадает в стратосферу, 70% выпадает в виде местных осадков. При всех видах взрывов атомных зарядов кислотонного класса практически вся активность остается в тропосфере или попадает в виде местных осадков.

При попадании мелких радиоактивных аэрозолей в состав радиоактивного облака в тропосферу происходит их разбавление в результате диффузии, горизонтального размывания в направлении движения ветра и смещения воздушных струй по вертикали.