Загрязнение атмосферы вредными выбросами

     В природе безостановочно идут и процессы самоочищения. Если бы этого не было, то атмосфера давным-давно бы уже  стала непригодной для жизни. Многие процессы самоочищения изучены подробно. Известно, например, что газоподобный SO₂ в природе примерно за неделю в результате химических и фотохимических реакций полностью превращается в аэрозоль сульфата аммония (NH₄)₂SO₄. Однако это только при небольшой концентрации SO₂. В районах со слабыми ветрами, низкой нормой осадков, специфичным рельефом, бедностью зеленых насаждений самоочищение выражено очень слабо, и необходима активная работа, чтобы избежать выпадения кислотных дождей. 

     1.2 Искусственные радионуклиды 

     Искусственные радионуклиды попадают в окружающую среду при испытаниях ядерного оружия и работе предприятий ядерного топливного цикла.

     Взрывы  ядерных устройств

     С 1945 по 1980 г. в атмосфере было испытано 423 ядерных устройства. При этом образовалось и было выброшено в окружающую среду огромное количество радионуклидов. Большая доля глобального радиоактивного загрязнения окружающей среды обусловлена выпадениями из стратосферы. Средняя продолжительность тропосферных осадков составляет около 30 сут., а территория загрязнения от них – от нескольких сот до тысяч километров.

     Считается, что 1 Мт энергии деления соответствует 1,45х10²⁶ делений. Поэтому общая активность Q, Бк, образующихся при взрыве мощностью 1 Мт радионуклидов рассчитывается по формуле: 

     Q = l, 45 · 10²⁶ · k · л, 

     где:

     k – коэффициент выхода нуклида при делении, %;

     л – 0,693/т – постоянная распада, 1/сек.

     Научный комитет ООН по действию атомной  радиации (НКДАР) выделяет 21 радионуклид, которые вносят тот или иной вклад  в дозу облучения населения. Среди них особо опасными являются 8 радионуклидов. Это (в порядке уменьшения вклада в дозу) ¹⁴С, ¹³⁷Cs, ⁹⁵Zr, ¹⁰⁶Ru, ⁹⁰Sr, ¹⁴⁴Ce, ³H, ¹³¹I.

     При этом внутреннее облучение организма  формируется за счет ¹⁴С, ⁹⁰Sr, ¹⁰⁶Ru, ¹³¹I, ¹³⁷Cs, кроме того, выделяются ⁸⁵Kr, ⁸¹Sr, плутоний и трансплутониевые элементы, поступающие в организм человека с водой, продуктами питания, воздухом.

     Внешнее облучение формируется главным  образом такими радионуклидами, как  ⁹⁵Zr, ⁹⁵Nb, ¹⁰⁶Ru, ¹⁰³Ru, ¹⁴⁰Ba и ¹³⁷Cs.

     Работа  предприятий ядерного топливного цикла

     В ядерный топливный цикл входят предприятия  по добыче урановой и ториевой руд, их переработке, получению топлива  для атомных станций и оружейного урана и плутония, регенерации  отработанного топлива.

     В конце 1995 г. в 26 странах эксплуатировалось более 430 ядерных энергетических установок, а доля АЭС в производстве электроэнергии составляет до 72% во Франции. Всего в мире на АЭС получают сейчас около 16% производимой в мире энергии. В России доля производимой АЭС электроэнергии составляет около 12%.

     Выбросы естественных радионуклидов при  добыче и переработке урановых и  ториевых руд представлены в основном газообразным ²²²Rn из урановых шахт; твердыми отходами руды из хвостохранилищ, где основная активность формируется долгоживущим ²³²Тh с продуктами распада, и урановыми отходами с обогатительных фабрик, содержащих незначительное количество урана, тория и продуктов их распада.

     Считается, что в урановый концентрат переходит 14% суммарной активности исходной руды, в которой содержится 90% урана.

     Обогащение  природного урана ²³⁵U и изготовление тепловыделяющих элементов сопровождается незначительными выбросами в окружающую среду. Твердые и жидкие отходы при этом изолируются.

     Работа  ядерного реактора сопровождается большим числом радионуклидов – продуктов деления и активации.

     Количество  и качественный состав радионуклидов, поступающих в окружающую среду, зависит от типа реактора и систем очистки воздуха и сточных  вод. В окружающую среду удаляются  газообразные отходы после очистки, а также частично аэрозольные и жидкие. Твердые отходы хранятся на площадке с последующим захоронением. 

     1.3 Воздействие ионизирующих излучений на организм 

     Все живые организмы на Земле являются объектами воздействия ионизирующих излучений.

     Воздействие ионизирующего излучения на живой организм называется облучением.

     Различают внешнее облучение организма (тела) ионизирующим излучением, приходящее извне, и внутреннее облучение организма, его органов и тканей излучением содержащихся в них радионуклидов.

     Облучение может быть хроническим, в течение  длительного времени, и острым –  однократным кратковременным облучением такой интенсивности, при которой  имеют место неблагоприятные  последствия в состоянии организма.

     По  степени радиационной опасности  с точки зрения потенциальной тяжести последствий внутреннего облучения радионуклиды разделены на группы радиационной опасности. В порядке убывания радиационной опасности выделены 4 группы с индексами А, Б, В и Г.

     Результатом облучения являются физико-химические и биологические изменения в организмах. Радиационный эффект является функцией физических характеристик А_i взаимодействия поля излучения с веществом: 

     з = F(A_i) 

     Величины A_i называются дозиметрическими. Основной из них является поглощенная доза D – это средняя энергия, переданная излучением единице массы тела.

     Единица поглощенной дозы – Грэй: 1 Гр = 1 Дж/кг.

     Повреждение тканей связано не только с количеством  поглощенной энергии, но и с ее пространственным распределением, характеризуемым  линейной плотностью ионизации, или, иначе, линейной передачей энергии (ЛПЭ). Чем выше ЛПЭ, тем больше степень биологического повреждения.

     Для учета этого эффекта вводится понятие эквивалентной дозы Н, определяемой как произведением поглощенной  дозы D на коэффициент качества излучения К: H = D · K.

     Коэффициент качества излучения К определяется как регламентированное значение относительной  биологической эффективности (ОБЭ) излучения, характеризующей степень  опасности данного излучения  по отношению к образцовому рентгеновскому излучению с граничной энергией 200 кэВ.

     Таким образом, коэффициент качества позволяет  учесть степень опасности облучения  людей независимо от вида излучения. При хроническом облучении всего  тела его значение составляет: а) для рентгеновского и г-излучения – 1; б) для в-излучения – 1; в) для протонов с энергией < 10 МэВ – 10; г) для б-частиц с энергией < 10 МэВ – 20.

     Единица измерения эквивалентной дозы –  зиверт (Зв):

     1 Зв = 1 Гр для излучений

     В практике часто используется внесистемная единица эквивалентной дозы –  бэр: 1 3в= 100 бэр.

     В реальных условиях облучение бывает неравномерным по телу и органам. Необходимость сравнения ущерба здоровью от облучения различных  органов привела к введению понятия  эффективной эквивалентной дозы, определяемой соотношением: 

     H_E = ∑_i L_i · H_i, 

     где

     H_i – среднее значение эквивалентной дозы в i-ом органе или ткани;

     L_i – взвешивающий коэффициент, равный отношению риска смерти в результате облучения i-гo органа или ткани к риску смерти от облучения всего тела при одинаковых эквивалентных дозах.

     Т.е. коэффициент L_i позволяет пересчитать дозу облучения i-гo органа на эквивалентную по риску смерти дозу облучения всего тела. Понятие эффективной эквивалентной дозы позволяет, таким образом, сравнить различные случаи облучения с точки зрения риска смерти человека, а также оценить суммарный риск при облучении различных органов.

     Сравнительная радиопоражаемость органов и  тканей характеризуется понятием радиочувствительность. Очевидно, коэффициент U должен быть выше для наиболее радиочувствительных  органов. МКРЗ рекомендованы следующие показатели L_i для различных органов:

     Половые железы……………………………………. 0,20

     Красный костный мозг…………………………….. 0,12

     Легкие………………………………………………. 0,12

     Щитовидная  железа…………………………………0,05

     Кость (поверхность)…………………………………0,01

     Остальные органы (ткани)…………………………0,05

     Наиболее  радиочувствительными являются клетки постоянно обновляющихся тканей (костный мозг, половые железы и т.п.).

     В результате облучения живой ткани, на 75% состоящей из воды, проходят первичные физико-химические процессы ионизации молекул воды с образованием высокоактивных радикалов типа Н⁺ и ОН^– и последующим окислением этими радикалами молекул белка. Это косвенное воздействие излучений через продукты разложения воды. Прямое действие может сопровождаться расщеплением молекул белка, разрывом связей, отрывом радикалов и т.п.

     В дальнейшем под действием описанных  первичных процессов в клетках  происходят функциональные изменения, следующие биологическим законам. 
 

 

      2. Воздействие АЭС 

     2.1 Воздействие на окружающую среду предприятий ядерного топливно-энергетического цикла

     загрязнение среда концентрация вредный

     Если  исключить взрывы атомных устройств  и аварийные ситуации, то основным источником радиационного воздействия  на биосферу являются предприятия ядерного топливно-энергетического цикла (ЯТЦ) в штатном режиме.

     Известны  следующие виды воздействия ЯТЦ  на окружающую среду:

     1. Расход природных ресурсов (земельные  угодья, вода, сырье для основных  фондов ЯТЦ и т.д.).

     При добыче и переработке урановой руды отчуждаются значительные земельные площади для размещения пустой породы. На каждый Гвт (эл.) энергии, получаемой на атомной станции, образуется несколько миллионов тонн пустой породы.

     Большая часть земельных угодий, расходуемых  при переработке руды, приходится на пруды – хвостохранилища, куда поступает около 10 т на 1 ГВт (эл.) в год хвостовых растворов.

     Расход  воды предприятий ЯТЦ обусловлен необходимостью охлаждения технологического оборудования и применения в технологиях. Максимальное водопотребление на единицу  электроэнергии приходится на охлаждение оборудования АЭС и предприятия по обогащению изотопов урана (10 м³ на 1 ГВт (эл.) и 5x10 на ГВт (эл.) соответственно).

     2. Тепловое загрязнение окружающей  среды.

     Тепловые  сбросы имеют место на всех стадиях  ЯТЦ, достигая максимальных значений на АЭС, где мощность тепловых сбросов достигает 2 ГВт на каждый ГВт электрической мощности при 33% КПД. Тепловые сбросы АЭС вносят вклад в антропогенное поступление тепла в биосферу и в приближение к предельно допустимому уровню антропогенных сбросов тепловой энергии, равному в среднем 2 Вт/м². Этот предел рассчитан из принципа недопущения изменения среднегодовой температуры на 1°С.

     3. Выброс загрязняющих веществ  химической природы в окружающую  среду. Он имеет место на  всех стадиях цикла, достигая  максимальных размеров на предприятиях по переработке руды со сбросами хвостовых растворов и при сжигании органического топлива на предприятиях цикла и ТЭЦ, обеспечивающих его энергией.

     4. Радиоактивное загрязнение окружающей  среды.