Радиация от источников, созданных человеком

В результате деятельности человека во внешней среде появились искусственные радионуклиды и источники излучения. В природную среду стали поступать в больших количествах естественные радионуклиды, извлекаемые из недр Земли вместе с углем, газом, нефтью, минеральными удобрениями, строительными материалами. Сюда относятся геотермические электростанции, создающие в среднем выброс около 4·10¹⁴ Бк изотопа ²²²Rn на 1 ГВт выработанной электроэнергии; фосфорные удобрения, содержащие ²²⁶Ra и ²³⁸U (до 70 Бк/кг в Кольском апатите и 400 Бк/кг в фосфорите); уголь, сжигаемый в жилых домах и электростанциях, содержит естественные радионуклиды ⁴⁰К, ²³²U и ²³⁸U в равновесии с их продуктами распада. Роль различных искусственных источников излучений в создании радиационного фона иллюстрируется табл.21.

Таблица 21.

Среднегодовые дозы, получаемые от естественного радиационного фона и различных искусственных источников излучения.
Источник излучения.	Доза, мбэр/год
Природный радиационный фон
Стройматериалы
Атомная энергетика	0.2
Медицинские исследования
Ядерные испытания	2.5
Полеты в самолетах	0.5
Бытовые предметы
Телевизоры и мониторы ЭВМ	0.1
Общая доза

За последние несколько десятилетий человек создал несколько тысяч радионуклидов и начал использовать их в научных исследованиях, в технике, медицинских целях и др. Это приводит к увеличению дозы облучения, получаемой как отдельными людьми, так и населением в целом. Иногда облучение за счет источников, созданных человеком, оказывается в тысячи раз интенсивнее, чем от природных источников.
В настоящее время основной вклад в дозу от источников, созданных человеком, вносит внешнее радиактивное облучение при диагностике и лечении. В развитых странах на каждую тысячу населения приходятся от 300 до 900 таких обследований в год не считая массовой флюорографии и рентгенологических обследований зубов.
Для исследования различных процессов, протекающих в организме и для диагностики опухолей используются также радиоизотопы, вводимые в организм человека. В промышленно развитых странах ориентировочно проводится 10 - 40 обследований на 1 млн. жителей в год. Коллективные эффективные эквивалентные дозы составляют 20 чел-Зв на 1 млн. жителей в Австралии и 150 чел-Зв в США.
Средняя эффективная эквивалентная доза, получаемая от всех источников облучения в медицине, в промышленно развитых странах составляет 1 мЗв в год на каждого жителя, т.е. примерно половину средней дозы от естественных источников.

Испытания ядерного оружия

Радиологические последствия испытаний ядерного оружия определяются количеством испытаний, суммарными энерговыделением и активностью осколков деления, видами взрывов (воздушные, наземные, подводные, надводные, подземные) и геофизическими факторами окружающей среды в период испытаний (район, метеообстановка, миграция радионуклидов и др.). Испытания ядерного оружия, которые особенно интенсивно проводились в период 1954-1958 и 1961-1962 гг. стали одной из основных причин повышения радиационного фона Земли и, как следствие этого, глобального повышения доз внешнего и внутреннего облучения населения.
В США, СССР, Франции, Великобритании и Китае в общей сложности проведено не менее 2060 испытаний атомных и термоядерных зарядов в атмосфере, под водой и в недрах Земли, из них непосредственно в атмосфере 501 испытание. Испытания в атмосфере в СССР были завершены в 1962 г., подземные взрывы на Семипалатинском полигоне - в 1989 г., на Северном полигоне - в 1990 г. Франция и Китай до последнего времени продолжали испытывать ядерное оружие. По оценкам во второй половине 20-го века за счет ядерных испытаний во внешнюю среду поступило 1.81·10²¹ Бк продуктов ядерного деления (ПЯД), из них на долю атмосферных испытаний приходится 99.84 %. Распространение радионуклидов приняло планетарные масштабы (рис. 5-7).
Продукты ядерного деления (ПЯД) представляют собой сложную смесь более чем 200 радиоактивных изотопов 36 элементов (от цинка до гадолиния). Большую часть активности составляют короткоживущие радионуклиды. Так, через 7, через 49 и через 343 суток после взрыва активность ПЯД снижается соответственно в 10, 100 и 1000 раз по сравнению с активностью через час после взрыва. Выход наиболее биологически значимых радионуклидов приведен в таблице 23. Кроме ПЯД радиоактивное загрязнение обусловлено радионуклидами наведенной активности (³Н, ¹⁴С, ²⁸Al, ²⁴Nа, ⁵⁶Mn, ⁵⁹Fe, ⁶⁰Cо и др.) и неразделившейся частью урана и плутония. Особенно велика роль наведенной активности при термоядерных взрывах.
При ядерных взрывах в атмосфере значительная часть осадков (при наземных взрывах до 50%) выпадает вблизи района испытаний. Часть радиоактивных веществ задерживается в нижней части атмосферы и под действием ветра перемещается на большие расстояния, оставаясь примерно на одной и той же широте. Находясь в воздухе примерно месяц, радиоактивные вещества во время этого перемещения постепенно выпадают на Землю. Большая часть радионуклидов выбрасывается в стратосферу (на высоту 10-15 км), где происходит их глобальное рассеивание и в значительной степени распад. Нераспавшиеся радионуклиды выпадают по всей поверхности Земли. Дозы облучения населения от глобальных выпадений незначительны (таблица 22).

Таблица 22.

Дозы облучения населения от глобальных выпадений в год.
Зона	Индивидуальная ожидаемая доза, мЗв	Вклады отдельных видов облучения, %
внешнее	внутреннее.
пища	воздух
Умеренный пояс Северного полушария	4.5
Умеренный пояс Южного полушария	3.1
Весь земной шар	3.8

Годовые дозы облучения населения коррелируют с частотой испытаний. Так, в 1963 году коллективная среднегодовая доза, связанная с ядерными испытаниями, составила 7% дозы облучения от естественных источников. К 1966 году она снизилась до 2%, а к началу 80-ых годов уменьшилась до 1%. В дальнейшем формирование доз будет происходить практически только за счет ¹⁴C.
Суммарная ожидаемая коллективная эффективная доза от всех испытаний, произведенных к настоящему времени, составит в будущем около 3 *10⁷ чел-Зв. К 1980г. человечество получило лишь 12% этой дозы. Из этой суммарной дозы основной вклад дадут следующие радионуклиды:

14C	Т1/2 = 5730 лет	69% общей дозы;
137Сs	Т1/2 = 30 лет	14%;
95Zr	Т1/2 = 65 дней	5.3%;
90Sr	Т1/2 = 28 лет	3.2%;
106Ru	Т1/2 = 373 дня	2.2%;
144Ce	Т1/2 = 285 дней	1.4%;
3H	Т1/2 = 12 лет	1.2%;
131I	Т1/2 = 8 дней	0.9%;

Рис 5-7 и таблица23 содержат сведения об испытаниях ядерного оружия в атмосфере и вызванных ими образованиях различных радионуклидов.

Таблица23

Выход некоторых продуктов деления при ядерном взрыве.
Элемент	Заряд	Период полураспада	Выход на одно деление,%	Активность на 1 Мт, (1015 Бк)
Стронций-89		50.5 сут	2.56
Стронций-90		28.6 лет	3.5	3.9
Цирконий-95		64 сут	5.07
Рутений-103		39.5 сут	5.2
Рутений-106		368 сут	2.44
Иод-131		8 сут	2.90
Цезий-136		13.2 сут	0.036
Цезий-137		30.2 лет	5.57	5.9
Барий-140		12.8 сут	5.18
Церий-141		32.5 сут	4.58
Церий-144		284 сут	4.69
Водород-3		12.3 лет	0.01	2.6·10-2

 

Рис. 5. Данные по ядерным испытаниям в атмосфере: а) число испытаний в атмосфере; б) суммарная мощность ядерных взрывов за год в мегатоннах

Рис. 6. Содержание стронция-90 и цезия-137 в продуктах питания и суммарная годовая мощность ядерных взрывов в атмосфере.

Рис. 7. Содержание цезия-137 в различных продуктах питания: А - зерновые продукты, Б - мясо, В - молоко, Г - фрукты, Д - овощи.

Атомная энергетика

Источником облучения, вокруг которого ведутся наиболее интенсивные споры, являются атомные электростанции. Преимущество атомной энергетики состоит в том, что она требует существенно меньших количеств исходного сырья и земельных площадей, чем тепловые станции (табл.24), не загрязняет атмосферу дымом и сажей. Опасность состоит в возможности возникновения катастрофических аварий реактора, а также в реально не решенной проблеме утилизации радиоактивных отходов и утечке в окружающую среду небольшого количества радиоактивности.

Таблица24.

Расход природных ресурсов для производства 1 ГВт в год электроэнергии в угольном и ядерном топливных циклах
Ресурс	Ядерный топливный цикл	Угольный топливный цикл
Земля, га	20-60	100-400
Вода, млн. м3	32 (50-200)* (1500)**
Материалы (без топлива), тыс. т
Кислород, млн. т	—

*- При содержании урана в руде менее 0.1%.
**- При прямоточном охлаждении.

К концу 1984 г. в 26 странах работало 345 ядерных реакторов, вырабатывающих электроэнергию. Их мощность составляла 220 ГВт или 13% суммарной мощности всех источников электроэнергии. К 1994 году в мире работало 432 атомных реактора, их суммарная мощность составила 340 ГВт.
Структура энергетики различных стран на 1988 и 1994 годы дана таблицах 25 и 26.

Таблица 25.

Основные характеристики энергетики различных стран к началу 1988г.
Страна	Потребление первичных источников энергии	Потребление электроэнергии	Структура топливно- энергетического баланса
Общее млн.т условного топлива, (т.у.т)	На душу населения т.у.т/чел.	На единицу валового продукта, 10-3 т.у.т/$	На душу населения МВт*час /чел.	На единицу валового продукта, КВт*час/$	Уголь	Нефть	Газ	Гидроэнер- гетика	Атомная энергетика
США	2641.86	10.8	0.63	11.2	0.65	24.5	41.2	23.4	4.2	6.7
Япония	539.70	4.4	0.37	5.7	0.48	18.1	55.2	9.6	4.9	12.2
Франция	280.86	5.0	0.54	6.1	0.66	8.9	43.7	12.6	7.5	27,2
ФРГ	380.57	6.2	0.59	6.8	0.65	27.4	43.0	16.7	2.0	10.9
Китай	1000.14	0.94	23.4	0.43	10.7	79.0	14.9	1.8	4.3	-
Страны Африки	288.14	0.48	0.71	?	?	34.3	41.8	15.5	7.9	0.5
СССР	2063,42	7.3	0.96	5.9	0.78	26.2	31.2	36.0	3.8	2.8

Таблица 26.

Данные о работающих и строящихся АЭС на конец 1994 года
Страна	Эксплуатируется	Строится	Доля АЭС в выработке электроэнэргии %
Кол-во блоков АЭС	Электри - ческая мощность МВт	Кол-во блоков АЭС	Электри - ческая мощность МВт
Аргентина					13.8
Бельгия			-	-	55.8
Болгария			-	-	45.6
Бразилия					0.01
Великобритания					25.8
Венгрия			-	-	43.7
Германия			.	-	29.3
Индия					1.4
Иран	-	-			-
Испания			-	-	35.0
Казахстан			-	-	0.6
Канада			-	-	19.1
Китай			-	-	1.5
Корея Южная			-	-	35.5
Литва			-	-	76.4
Мексика			-	-	3.2
Нидерланды			.	.	4.9
Пакистан					1.0
Россия					11.4
Румыния	-	-			-
Словакия					49.0
Словения			-	-	38.0
США					22.0
Тайвань			-	-	31.7
Украина			б		34.2
Финляндия			-	-	29.5
Франция					75.3
Чехия					28.2
Швейцария			-	-	36.8
Швеция			-	-	51.1
Южная Африка			-	-	5.7
Япония					30.7

Прогнозируемые перспективы развития ядерной энергетики мире показаны в таблице 27.

Таблица 27

Перспективы развития ядерной энергетики в мире.
Показатели	1980 г.	2000г.	2100г.
Прогнозируемый годовой объем производства электроэнергии, ГВт		1 000	10 000
Годовая коллективная эффективная доза, чел-Зв			200 000
Население Земли, млрд.чел.
Годовая доза на человека, мЗв	0.1
Процент от среднего облучения за счет естественных источников	0.005	0.05

Производство электроэнергии на АЭС является одним из звеньев ядерного топливного цикла, производственная и дозовая структура которого показана в таблице 28.

Таблица 28.

Ядерный топливный цикл.
Основные этапы	Оценки ожидаемой коллективной эффективной эквивалентной дозы (чел-Зв) на 1ГВт электроэнергии
Персонал	Население
Добыча топлива	0.9	0.5
Обогащение	0.1	0.04
Изготовление ТВЭЛов *		0.0002
Реакторы
Регенерация
Захоронение отходов	?	?

* ТВЭЛ - тепловыделяющий элемент.

В процессе работы ядерных реакторов в них накапливается огромное количество продуктов ядерного деления и трансурановых элементов (таблица 29).

Таблица 29.

Значения удельной активности (Бк/т урана) основных продуктов деления в ТВЭЛах, извлеченных из реактора ВВЭР после трехлетней эксплуатации.
Элемент	Время выдержки
	1 сут	120 сут	1 год	3 года	10 лет
85Кг	5.78·1014	5.78·1014	5.66·1014	5.42·1014	4.7·1014	3.03·1014
89Sr	4.04·1016	3.98*1016	5.78*1015	2.7*1014	1.2*1010
90Sr	3.51·1015	3.51·1015	3.48·1015	3.43·1015	3.26·1015	2.75·1015
95Sr	7.29·1016	7.21·1016	1.99·1016	1.4·1015	5.14·1011
95Nb	7.23·1016	7.23·1016	3.57·1016	3.03·1015	1.14·1012
103Rb	7.08·1016	6.95·1016	8.55·1015	1.14·1014	2.97·108
106Rb	2.37·1016	2.37·1016	1.89·1016	1.19·1016	3.02·1015	2.46·1013
131I	4.49·1016	4.19·1016	1.5·1012	1.01· 103
134Cs	7.50·1015	7.50·1015	6.71·1015	5.36·1015	2.73·1015	2.6·1014
137Сs	4.69·1015	4.69·1015	4.65·1015	4.58·1015	4.38·1015	3.73·1015
140Bа	7.93·1016	7.51·1016	1.19·1014	2.03·108
140Lа	8.19·1016	8.05·1016	1.37·1014	2.34·108
141Се	7.36·1016	7.25·1016	5.73·1015	3.08·1013	5.33·106
143Pr	6.77·1016	6.70·1016	1.65·1014	6.11·108
144Cе	5.44·1016	5.44·1016	4.06·1016	2.24·1016	3.77·1015	7.43·1012
147Pm	7.05·1015	7.05·1015	6.78·1015	5.68·1015	3.35·1014

В условиях нормальной эксплуатации АЭС выбросы радионуклидов во внешнюю среду незначительны и состоят в основном из радионуклидов йода и инертных радиоактивных газов (Хе, Сг), периоды полураспада которых (за исключением изотопа ⁸⁵Кг) в основном не превышают нескольких суток. Эти нуклиды образуются в процессе деления урана и могут просачиваться через микротрещины в оболочках твэлов (тепловыделяющие элементы, содержащие внутри себя уран). Так, в течении 1992 года максимальные среднесуточные радиоактивные выбросы на АЭС России в процентах от допустимой нормы составили (ИРГ - инертные радиоактивные газы):

1. На АЭС с ВВЭР (водо-водяной энергетический реактор):
- йода от 0.02 до 54%,
- ИРГ от О.15 до 10%.
2. На АЭС с РБМК (реактор большой мощности канальный):
- йода от 0.02 до 24%,
- ИРГ от 0.02 до 55%.
Среднесуточный допустимый выброс равен:
- по йоду 0.01 Ки/сут • 1000 МВт,
- по ИРГ 500 Ки/сут • 1000 МВт.
90% всей дозы облучения, возможной в результате выброса на атомной станции и обусловленной короткоживущими изотопами (йод, ИРГ), население получает в течение года после выброса, 98% - в течение 5 лет. Почти вся доза приходится на людей, живущих вблизи АЭС. Дозы облучения обычно значительно ниже установленных пределов для отдельных лиц из населения (0.5 бэр/год).
Долгоживущие продукты выброса (¹³⁷Сз, ⁹⁰Ce,⁸⁵Кг и др.) распространяются по всему земному шару. Оценка ожидаемой коллективной эквивалентной дозы от облучения такими изотопами составляет 670 чел-Зв на каждый ГигаВатт вырабатываемой электроэнергии.
Приведенные выше оценки получены в предположении, что ядерные реакторы работают нормально. Вклады различных источников облучения в этом случае приведены на рисунке 8. Количество радиоактивных веществ, поступивших в окружающую среду при аварии, существенно больше. Известно, что за период с 1971 по 1984 гг. в 14 странах мира произошла 151 авария на АЭС.
26 апреля 1986 г. на Чернобыльской атомной электростанции произошла авария с разрушением активной зоны реактора, что привело к выбросу части накопившихся в активной зоне радиоактивных продуктов в атмосферу.
На рис. 9 показана схема загрязнения территории в районе Чернобыльской АЭС. В качестве условной границы загрязненной территории принята изолиния мощности дозы -излучекия 0.05 мР/год на 10 июня 1986г.
В таблицах 28 и 29 приведены ежесуточные выбросы радиоактивных веществ в атмосферу из аварийного блока (без радиоактивных инертных газов) и оценка радионуклидного состава выброса.

Рис.8 Вклады различных источников радиации

Таблица 28.

Ежесуточный выброс радиоактивных веществ в атмосферу из аварийного блока Чернобыльской АЭС (без радиоактивных благородных газов).
Дата	Время после аварии (в сутках)	Суточный выброс, Мки·
26.04
27.04		4.0
28.04		3.4
29.04		2.6
30.04		2.0
01.05		2.0
02.05		4.0
03.05		5.0
04.05		7.0
05.05		8.0
06.05		0.1
09.05		0.01
23.05		20 10-6

· значения пересчитаны на 6 мая 1986 года с учетом радиоактивного распада. В момент выброса 26 апреля 1986 г.активность составила 20-22 МКи

Таблица. 29.

Оценка радионуклидного состава выброса из аварийного блока Чернобыльской АЭС.
Элемент*	Период полураспада	Активность выброса, МКи	Доля активности, выброшенная из:реактора. к 6 мая 86 г.,%
26.04.86	06.05..85**
133Xе	5.2 сут			ВОЗМОЖНО < 100
85mKr	4.4 ч 10.15	0,15	-	-
85Kг	10.76 лет	-	0.9	-
131I	8.05 сут	4.5	7.3
132Tе	78.2 ч		1.3
134Cs	2.05 лет	0.15	0.5
137Cs	30 лет	0.3	1.0
99Mо	66.7ч	0.45	3.0	2.3
95Zr	65.5 сут	0.45	3.8	3.2
103Ru	39.5 сут	0.6	3.2	2.9
106Ru	368 сут	0.2	1.6	2.9
140Bа	12.8 сут	0.5	4.3	5.6
141Се	32.5 сут	0.4	2.8	2.3
144Cе	284 сут	0.45	2.4	2.8
89Sr	52.7 сут	0.25	2.2	4.0
90Sr	27.7 сут	0.015	0.22	4.0
238Pu	86.4 лет	0.4	8*10-4	3.0
239Pu	24390 лет	10-4	7 *10-4	3.0
240Pu	6580 лет	2*10-4	10-3	3.0
241Pu	13.2 лет	0.02	0.14	3.0
242Pu	3.79*105 лет	3 10-7	2*10-6	3.0
242Cm	162.5 сут	3*10-3	2.1*10-2	3.0
239Nр	2.35 сут	2.7	1.2	3.2

* Приведены данные об активности основных радионуклидов,
определяемых при радиометрическом анализе.
** Суммарный выброс к 6 мая 1986г.

Рис.9. Схема загрязненной территории в районе Чернобыльской АЭС: 0.05 -условная граница загрязненной территории.

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: