Естественные источники излучения

В различных регионах страны уровень естественной радиоактивности определяется, во-первых, характеристиками горных пород, содержащих радиоактивные элементы - уран, торий и актиний. Эти элементы образу­ют три семейства: урана (ряд из 17 элементов и заканчивающийся ста­бильным изотопом ²⁰⁶РЬ ), тория (ряд из 12 элементов), актиния (ряд из 17 элементов). Кроме них, в земной коре имеются не входящие в эти семей­ства 12 радионуклидов, из которых наиболее распространен сопутствую­щий калию его радиоактивный изотоп ⁴⁰К, ответственный за 10% облуче­ния от всех естественных источников.

Эти естественные радионуклиды распределены на земном шаре нео­динаково, образуя районы - так называемые «радиогеохимические провинции». В древних горных породах уран, радий и радиоактивные продук­ты их распада находятся в низких концентрациях. Однако в ряде регионов присутствуют горные породы с повышенными концентрациями радиоак­тивных элементов, в том числе фосфориты, что может определять более высокий уровень естественного гамма-фона в данной радиогеохимичес­кой провинции. Использование минеральных удобрений, особенно фосфор­ных, содержащих, как правило, изотопы ²³⁸U, ⁴⁰K, ^2l0Pb, ^2l0Po, ²²⁶Ra, ²²⁸Ra, ²³²Th, вносит соответствующий вклад в радиоактивность производимой сельхозпродукции.

Содержание естественных радиоактивных элементов связано и с ме­ханическим составом почв. Так, чем больше содержание глины в дерно­во-подзолистых почвах, тем выше концентрация ²³⁸U, ²³⁸Th и ⁴⁰К. Повы­шен гамма-фон и для серых лесных почв. Радиоактивные элементы пере­ходят из почв в зерно, корнеплоды, траву, а с ними в молоко и мясо, попа­дая затем с пищей в организм человека.

Важной причиной повышенной радиоактивности является процесс так называемого «оруденения» - накопление урана, тория, например, в болотно-торфяных отложениях, концентрирующих уран и проявляющихся через аномалии радиоактивного фона по результатам гамма-съемки. Такие ура­новые оруденения формируются в современных торфяниках, бассейнах рек, древних долинах и представляют определенную экологическую опас­ность, повышая содержание урана в грунтовых водах, проявляясь через радоновые аномалии и воздействуя на окружающую человека среду.

Изотопы радона и продукты их распада, находящиеся в воздухе поме­щений, вносят наибольший вклад (в среднем 44%) в суммарную дозу облу­чения, получаемую человеком. При средней объемной активности радона в жилых помещениях 20 Бк/м³ около 20% всех заболеваний раком легкого обусловлены радоном и его дочерними продуктами. Максимально допус­тимой величиной радиоактивности воздуха от природных источников счи­тается 200 Бк/м³. Как естественный техногенный источник природных ра­дионуклидов выступают и строительные материалы жилых зданий, в кото­рых содержатся изотопы ⁴⁰К, ²¹⁰РЬ. ²¹⁰Ро, ²²⁶Ra, ²²⁸Ra, ²³²Th. Эти радионук­лиды дают дозы облучения в пределах от 30 до 300 мрад/год.

В разных странах население одной планеты Земля получает от есте­ственного фона радиации дозы, различающиеся в сотни раз - от 100 до 12000 мрад/год (так, например, в Бразилии в г. Гуарапари уровень облуче­ния населения достигает 8000 мрад/год, а в некоторых прибрежных райо­нах до 12000 мрад/год).

Помимо рассеянных в окружающей среде радиоактивных веществ, другой причиной радиационного воздействия на биоту является космичес­кое излучение. Высокоэнергетичные ядра и протоны, попадая в атмосфе­ру Земли, взаимодействуя е ней, образуют вторичный поток излучения, состоящий из элементарных частиц - протонов, электронов, мезонов и других частиц. При взаимодействии элементарных частиц с ядрами азо­та и кислорода образуется поток излучения частиц с относительно низкой энергией, пронизывающий все живые организмы, находящиеся на Земле. Средние эффективные дозы космического излучения составляют в сред­них широтах России величины порядка 200–400 мкЗв/год.

Техногенное радиоактивное загрязнение [61]

Помимо естественного фона, формируемого космическим излучением и природными радионуклидами, в XX веке появился новый грозный фак­тор лучевого воздействия на живые организмы - техногенное радиоак­тивное загрязнение. Поэтому на каждой территории радиационная обста­новка определяется и дополнительным к природному техногенным воз­действием на внешнюю среду. Без учета доз облучения, полученных от медицинских рентгеновских исследований, техногенные радиационные воздействия можно разделить на четыре группы.

1. Лучевое воздействие на организмы, связанное с проводивши­мися в 50-70-х годах ядерными взрывами

Только в атмосфере всего было проведено 423 испытания. Так, напри­мер, на архипелаге Новая Земля испытания ядерного оружия проводились 130 раз, из них 87 взрывов проведено в атмосфере. Радиоактивные осадки выпадают в среднем в течение 30 суток после взрыва, а зона заражения простирается вдоль направлений ветров на несколько сотен или тысяч километров. Наиболее опасен следующий ряд изотопов, расположенных по мере уменьшения вклада каждого из них в дозу облучения: ¹⁴С > ¹³⁷Cs > ⁹⁵Zr > ¹⁰⁶Ru > ⁹⁰Sr > ¹⁴⁴Ce > ³H > ¹³¹I.

После Московского соглашения 1963 г. о запрещении взрывов в трех природных средах уровень радиоактивного загрязнения снизился к концу XX века на два-три порядка. В настоящее время загрязнение распростра­нилось в масштабах Земли, приобретя глобальный характер, особенно по таким радионуклидам, активно включающимся в биогеохимические цик­лы, как ⁹⁰Sr. ¹³¹I и ¹³⁷Cs. Из территорий России, являющихся зонами радио­активного заражения вследствие ядерных испытаний, следует отмстить в первую очередь Алтай и Алтайский край (влияние Семипалатинского полигона), северную часть Архангельской области и республики Коми (по­лигон на Новой Земле), Оренбургскую область (Тонкий полигон).

2. Лучевое воздействие на организмы за счет выпадений радионуклидов из радиоактивных облаков при радиационных авариях

Было три крупных ядерных аварии на территории нашей страны с тяжелыми экологическими последствиями.

В 1957 г. на производственном объединении «Маяк» в Челябинской области произошел взрыв емкости, содержащей 20 млн. Ки радиоактивных отходов. Облако с активностью 2 млн. Ки поднялось в атмосферу и создало Восточно-Уральский радиоактивный след (Кыштымская авария).

В 1967 г. в Челябинской области после малоснежной зимы наступило за­сушливое лето. Озеро Карачай, используемое ПО «Маяк» как хранилище радиоактивных отходов, обмелело. В результате этого мелкий песок, ил и донные отложения, поднятые ветром, переносились на значительные рассто­яния, сформировав ряд крупных пятен загрязнения (Карачаевская авария).

В 1986 г. произошел взрыв на Чернобыльской атомной электростанции (Чернобыльская авария). Суммарный выброс радионуклидов в результа­те Чернобыльской атомной аварии составил 77 кг в виде аэрозоля, что в сто раз выше, чем при взрыве американской атомной бомбы над Хироси­мой в 1945 г. Подхваченные ветром облака радиоактивного аэрозоля рас­пространились на сотни и тысячи километров, причем 70% из них выпало на территории Белоруссии. Площадь очагов заражения (по странам СНГ) оценивается величиной 100 тыс. км², причем площадь пораженных лесов составляет свыше 1 млн. га. В результате Чернобыльской аварии радио­активному загрязнению подвергся лесной фонд, находящийся в ведении Рослесхоза, на площади 958,7 тыс. га. Из них 126,7 тыс. га имеют плот­ность загрязнения почвы ^,,7Cs выше 5 Ки/км². Загрязненными оказались территории 15 субъектов Российской Федерации. В наибольшей степени загрязнены леса Брянского (171 тыс. га). Калужского (177,8 тыс. га), Ор­ловского (74,8 тыс. га) управлений лесами, Тульского (75,9 тыс. га) и Ле­нинградского (85,7 тыс. га) комитетов по лесу. Максимальное загрязнение почв лесного фонда Cs (выше 5 Ки/км²) отмечено в Брянской (67,9 тыс. га) и Калужской (45,2 тыс. га) областях.

В настоящее время загрязнения ¹³⁷Сs на уровне порядка 1 Ки/км²носят региональный характер (пятна порядка десятков тысяч км²), а на малых уровнях - глобальный характер, распространившись по всему земному шару.

3. Лучевое воздействие на организмы, связанное с возникновением зон распространения радиоактивности при эксплуатации ядерных реакторов, хранилищ ядерных и радиоактивных материалов и их отходов

В настоящее время в мире эксплуатируют свыше 400 ядерных устано­вок, на которых сейчас получают до 15% электроэнергии (в России около 10%). Работа атомных электростанций (АЭС) и особенно регенерационных заводов, добывающих плутоний из отработанных тепловыделяющих элементов, хотя и строится по «замкнутому циклу», но даже в отсутствии аварийных утечек всегда сопровождается выбросами в атмосферу радиоактивных газов - ³Н, ⁸⁵Kr, ¹³¹Xe, ¹³²Хе, а также легко летучих изотопов ¹³¹I и ¹²⁹I. Ряд из них с малыми периодами полураспада не накапливается в окружающей среде, а содержание ⁸⁵Kr , ^l29I и трития в ней неуклонно растет. Если первый из них - благородный газ и, не усваиваясь организ­мом, он обусловливает лишь внешнее облучение, то тритий и особенно ¹²⁹I, хорошо усвояемый тканями щитовидной железы, дает заметный вклад в дополнительное внутреннее облучение организма.

Общественный резонанс после Чернобыльской атомной катастрофы привел к резкой переоценке ценностей - возобладал взвешенный подход к оценке роли атомной энергетики с учетом экологических последствий. Серьезный научный анализ атомной энергетики, проведенный после 1986 г., поставил под сомнение утверждения об экологической безопасности эксплуатации АЭС и дешевизне их электроэнергии.

Кроме не решенной до сих пор проблемы утилизации твердых и жид­ких отходов АЭС, существует еще одна отсроченная экологическая про­блема. Суть ее заключается в том, что после 25 лет эксплуатации АЭС подходит время ликвидации ее реакторов, детали которых стали высоко­радиоактивными. Эти работы представляют сложнейшую научно-техни­ческую проблему, решения которой до сих пор не существует. Стоимость работ по демонтажу реактора и утилизации его радиоактивных частей во много раз превышает экономию, полученную от эксплуатации АЭС.

Кроме того, на каждый гигаватт электроэнергии, полученной АЭС, приходится от 1 до 10 млн. т пустой породы - отходов после извлечения урана, которые, занимая большие земельные площади, создают экологи­ческие проблемы. Здесь же следует отметить и проблему плутония, по­лучаемого при производстве ядерных материалов и рассеянного в при­родной среде. Плутоний наряду с тем, что он радиоактивен, является еще и самым токсичным из химических элементов, что требует мониторинга его распространения в зонах влияния производств расщепляющихся ма­териалов и хранилищ ядерных отходов.

Для ряда регионов нашей страны (Удмуртская республика, Челябинс­кая, Томская, Кировская, Новосибирская области, Красноярский край и не­которые другие субъекты Российской Федерации) чрезвычайно актуальна проблема хранения радиоактивных отходов химических комбинатов так называемого ядерного топливного цикла, перерабатывающих огромные массы радиоактивных веществ при производстве урана и приводящих к скоплению на поверхности значительных количеств отработанной руды с повышенным содержанием радионуклидов - ²²⁶Ra, ^2l0Pb, ²²²Rn , ¹²⁹I, долгоживущим ²³²Th и др. Хранилища радиоактивных отходов, построенные в 60-х годах, давно переполнены и к тому же морально устарели, так как не отвечают современным требованиям экологической безопасности.

Кроме того, серьезную проблему создают затопленные в Карском море около архипелага Новая Земля контейнеры с радиоактивными отходами, а также отработавшие свой срок атомные реакторы с подводных лодок и ледокола «Ленин».

4. Лучевое воздействие на организмы при использовании радиаци­онных источников

Такой источник излучения, как цветной телевизор, дает дозу до 10 мрад/год. Сюда же относятся и многочисленные случаи облучения лю­дей изотопами, применявшимися ранее в промышленности (например, для дефектоскопии) и впоследствии утерянными, попавшими на свалку в со­ставе списанного оборудования, в переплавку и т. п. Радиоактивное заг­рязнение территорий в данной группе обычно носит территориально огра­ниченный, локальный характер, представляя опасность для людей, непос­редственно контактирующих с источником.

Нормы радиационной безопасности, действовавшие в 40-50-х гг., ког­да радиационная опасность не представлялась такой серьезной, были зна­чительно менее жесткими, нежели сейчас, и контроль за многими массо­во выпускавшимися изотопами отсутствовал или был не так строг. Так, например, ношение на руке часов со светящимся циферблатом давало дозу до 130 мрад/год. Во всех средних школах широко использовались высокорадиоактивные препараты радия, нанесенные налетали («иголки»), входившие в состав стандартного школьного оборудования для изучения радиоактивности - спинтарископа и камеры Вильсона. По современным нормам радиационной безопасности применение этих приборов в школах давно запрещено, а сами приборы большей частью списаны и размонти­рованы. Судьба их радиоактивных деталей, как правило, неизвестна.