Радиоактивное загрязнение окружающей среды

Радиоактивность — способность нестабильных ядер элемен­тов (радиоактивных изотопов, радионуклидов) к самопроиз­вольному распаду. Следствием ядерного распада является иони­зирующая радиация в виде потока а- и (5-частиц, у-квантов и нейтронов. Радиоактивность измеряется специальными счет­чиками.

Действие радиации зависит от энергии частиц и силы излу­чения, то есть числа частиц, вылетающих в единицу времени. Сила излучения измеряется в беккерелях (1 Бк ~ 1 распад в се­кунду) или кюри (1 Ки - 3,7-10¹⁰ Бк). Дозу излучения, поража­ющую организм, находят путем измерения количества погло­щенной им энергии. В качестве единиц радиоактивности ис­пользуют также: Кл/кг(1 Кл/кг- 3,9'10³ рентген); грей (1 Гр = = 100рад); зиверт(1 Зв= 100 бэр). Максимальные дозы, не при­чиняющие вреда организму человека в случае их многократно­го действия, равны 3-10~^? Гр (0,3 рад) в неделю и в случае еди­новременного действия -а 0,25 Гр (25 рад). Доза естественного облучения зависит от высоты над уровнем моря и природы под­стилающих почву пород.

Радиоактивное излучение является канцерогенным (вызы­вает раковые заболевания) и мутагенным (увеличивает частоту мутаций) фактором.

На процесс поглощения и накопления радиоактивных изо­топов живыми организмами влияют многие факторы.

1.Природа радиоактивных элементов. Наибольшее значе­ние имеют изотопы с длинным периодом полураспада и осо­бенно те, которые накапливаются в тканях: ⁹⁰Sr в костях и ^|321 в щитовидной железе.

2.Очень высокая специфичность коэффициента концент­рации, который представляет отношение элемента в организме к его количеству в окружающей среде. Этот коэффициент изменяется в очень широких пределах, от 1 до 200, а иногда и значительно больше. Поэтому некоторые организмы благода­ря извлечению радиоактивных элементов из окружающей сре­ды сами становятся токсичными.

3 Содержание в окружающей среде элементов-антагонис­тов. Отмечено, что в пищевых цепях радиоизотопы способны вступать в конкурентные отношения с другими химическими элементами. Чем меньше содержание соответствующих элемен­тов в окружающей среде, тем большее значение приобретают изотопы. Так живущие в бедной среде организмы загрязняют­ся быстрее, чем обитающие в богатой. Овцы, пасущиеся на бед­ных кислых торфянистых почвах (рН 4,3), имеют коэффици­ент концентрации в костях ⁹⁰Sr, равный 714 против 115 на бу­рой пустынно-степной почве с рН 6,8.

4. Вид и возраст организмов. Радиочувствительность раз­ных организмов весьма различна. Установлено, что микроор­ганизмы более чувствительны к альфа и бета лучам, а крупные орга­низмы — к y-лучам. По степени устойчивости к радиации жи­вые организмы образуют ряд: бактерии > насекомые > млеко­питающие. Молодые особи обладают большей радиочувстви­тельностью и большей интенсивностью поглощения радио­нуклидов, чем старые.

Различают естественную и искусственную радиоактивность.

Естественная радиоактивность вызывается естественными радиоактивными изотопами, которые всегда в тех или иных количествах присутствуют в биосфере.

Естественные радионуклиды подразделяют на 3 группы. Пер­вая группа включает радиоактивные элементы — элементы, все изотопы которых радиоактивны: уран (²³⁸U, ²³⁵U), торий (²³²Th), радий (²²⁶Ra) и радон (²Rn, ²²⁰Rn). Во вторую группу входят изо­топы «обычных» элементов, обладающие радиоактивными свой­ствами: калий (⁴⁰К), рубидий (⁸⁷Rb), кальций (^4КСа), цирконий (⁹⁶Zr) и др. Третью группу составляют радиоактивные изотопы, образующиеся в атмосфере под действием космических лучей: тритий (³Н), бериллий (⁷Ве, ^|0Ве) и углерод (^|4С).

Искусственная радиоактивность обусловлена поступлением в биосферу радиоактивных, изотопов, образующихся в результате атомных и термоядерных взрывов, в виде отходов атомной про­мышленности или в результате аварий на атомных предприятиях. Образование изотопов в почвах может происходить вслед­ствие наводящей радиации. Наиболее часто искусственное ра­диоактивное загрязнение объектов биосферы вызывают изото­пы ²³⁵U, ²³⁸U, ²³⁹Pu, ¹³¹1, ^|44Се, ¹⁴⁰Ва, ^!06Ru, ⁹⁰Sr, ^l37Cs и т.д.

Экологические последствия радиоактивного загрязнения заключаются в следующем. Включаясь в биологический круго­ворот, радионуклиды через растительную и животную пищу попадают в организм человека и, накапливаясь в нем, вызыва­ют радиоактивное облучение. Радионуклиды, подобно многим другим загрязняющим веществам, постепенно концентрируют­ся в пищевых цепях.

В экологическом отношении наибольшую опасность пред­ставляют ⁹⁰Sr и ^l37Cs. Это обусловлено длительным периодом полураспада (28 лет ⁹⁰Sr и 33 года ¹³⁷Cs), высокой энергией излучения и способностью легко включаться в биологический круговорот, в цепи питания. Стронций по химическим свой­ствам близок к кальцию и входит в состав костных тканей, а цезий близок калию и включается во многие реакции живых организмов.

Искусственные радионуклиды закрепляются в основном (до 80—90%) в верхнем слое почвы: на целине — в слое 0—10 см, на пашне — в пахотном горизонте. Наибольшей сорбцией обла­дают почвы с высоким содержанием гумуса, тяжелым грануло­метрическим составом, богатые монтмориллонитом и гидро­слюдами, с непромывным типом водного режима. В таких по­чвах радионуклиды способны к миграции в незначительной степени. По степени подвижности в почвах радионуклиды об­разуют ряд ⁹⁰Sr > ¹⁰⁶Ru > ^l37Cs > ¹⁴⁴Се > ^I29I > ²³⁹Pu.

Скорость самоочищения биосферы от радиоизотопов зави­сит от скоростей их радиоактивного распада. Период полурас­пада радиоактивного изотопа — время, необходимое для рас­пада половины количества его атомов.

В табл. 31 приведены основные характеристики наиболее важных радиоактивных веществ.

Таблица 31