Радиоактивные элементы. Радиоактивный химический элемент. Искусственный радиоактивный элемент

В почвах и почвообразующих породах широко представлены радиоактивные элементы (радионуклиды). Радиоактивность (естественная) – это явление самопроизвольного превращения (распада) неустойчивых изотопов одного химического элемента в изотоп другого, сопровождающееся ά-, β- и γ-излучениями. Радиоактивность почв обусловлена присутствием в них радиоактивных элементов естественного и антропогенного происхождения. В связи с этим различают естественную и искусственную радиоактивность. Она выражается количеством ядерных распадов в единицу времени и измеряется в беккерелях (1 Бк=1 распад/с) или в единицах активности радиоактивных изотопов – кюри (1 Ки=3,7·10 10 Бк).

Естественная радиоактивность. Естественными радионуклидами принято считать такие, которые образовались и постоянно вновь образуются без участия человека.

Естественная радиоактивность обусловлена двумя группами радиоактивных элементов: первичными, которые содержатся в материнских породах и вошли в состав почв, и космогенными – поступающими в почву из атмосферы, образование которых происходит при взаимодействии космического излучения с ядрами стабильных элементов.

Все первичные естественные радиоактивные элементы в основном долгоживущие, с периодом полураспада 10 8 -10 17 лет, возникшие, вероятно, одновременно с образованием Земли. Наибольший вклад в естественную радиоактивность почв вносят радиоактивный изотоп 40 К, на долю которого приходится более 50 % естественной радиоактивности почв, а также кальций (48 Са), рубидий (87 Rb), уран (238 U), радий (226 Ra), торий (232 Th). Главный источник этих элементов в почвах – почвообразующие породы. Они существенно различаются между собой концентрацией естественных радиоактивных элементов.

Наибольший вклад в дозу облучения из большого числа космогенных радиоактивных элементов вносят тритий (3 Н), бериллий (7 Ве, 10 Ве), углерод (14 С, 13 С), фосфор (32 Р, 33 Р), сера (35 S), хлор (35 Сl) и натрий (22 Nа). На естественную радиоактивность почв влияют следующие космогенные изотопы: радиоуглерод (14 С) и тритий (3 Н) – сверхтяжелый изотоп водорода, поступающие в почву из атмосферы. Эти радиоизотопы относятся к сравнительно короткоживущим. У радиоуглерода период полураспада составляет 5760 лет, у трития – 12,3 лет. Поскольку они поступают в почву из атмосферы, то их содержание поддерживается на относительно постоянном уровне.

Всего известно более 300 естественных радионуклидов, присутствие которых в почве определяет ее естественную радиоактивность. Концентрация естественных радионуклидов в природе варьирует в широких пределах. В земной коре из всех радиоактивных веществ больше всего содержится калия (примерно 2,5 %), тогда как содержание урана и тория в десятки и сотни, а радия в миллионы раз меньше по сравнению с содержанием радиоактивного калия (40 К). Этот элемент в природе представлен смесью трех изотопов: 39 К, 40 К и 41 К, два из которых (39 К и 41 К) – стабильные и один (40 К) – долгоживущий радиоактивный, период полураспада которого измеряется сотнями миллионов лет (Анненков Б.Н., Юдинцева Е.В., 1991).

Валовое содержание радионуклидов в почвах зависит, прежде всего, от материнских пород. Максимальная радиоактивность обнаружена у почв, развившихся на кислых магматических породах, чем в почвах, образовавшихся на основных и ультраосновных породах, а наиболее высокая концентрация радионуклидов наблюдается в мелкодисперсной фракции почв – в глинистых частицах. Например, почвы, сформировавшиеся на обогащенных фосфором породах, содержат повышенные концентрации урана.

Покровные и лессовидные суглинки, лессы и ленточные глины содержат в 2-4 раза больше радиоактивных элементов, чем песчаные и супесчаные флювиогляциальные отложения. В почвах, сформировавшихся на элювии карбонатных пород, содержание радиоактивных элементов в несколько раз выше, чем в породах. Эти элементы накапливаются в почве при преобразовании (выветривании) карбонатных пород.

В почвах естественные радиоактивные элементы присутствуют в ультромикроконцентрациях в пределах n10 -4 - n10 -12 %. На земном шаре встречаются районы с повышенным уровнем естественной радиоактивности почв. Естественно-радиоактивные вещества в повышенных концентрациях обнаруживают в местах их добычи, технического использования и захоронения.

Таблица 33

Концентрация основных естественных радиоизотопов в почвах (Ковриго В.П., 2008)

Особенность распределения радиоактивности в вертикальной плоскости (по генетическим горизонтам) зависит от характера почвообразовательного процесса.

В дерново-карбонатных почвах наиболее высокое содержание естественных радионуклидов отмечается в гумусовых горизонтах и постепенно убывает при переходе к почвообразующей породе.

В черноземах, темно-серых лесных, каштановых, полупустынных и пустынных почвах, формирование которых не связано с активным преобразованием и передвижением компонентов твердой фазы, распределение естественных радиоактивных элементов по почвенному профилю отличается слабой дифференциацией. В лесостепных почвах и почвах степных областей профильная дифференциация содержания радиоэлементов совпадает с типичными профильными закономерностями изменений в них гранулометрического состава, оксидов железа и алюминия.

Оподзоливание, осолодение, лессиваж, осолонцевание приводят к выносу естественных радионуклидов из элювиальных (верхних) горизонтов в иллювиальные с последующей аккумуляцией, где концентрация радионуклидов возрастает в 1,5-3 раза по сравнению с почвообразующей породой. Уран осаждается на глеевых барьерах, в связи с чем происходит обогащение этим элементом гидроморфных почв.

Искусственная радиоактивность. В настоящее время известно более 1300 искусственных радионуклидов, из которых наибольшую опасность представляют изотопы 90 Sr, 137 Cs, 144 Ce. Период полураспада у стронция – 28 лет, у цезия – 30 лет. Они отличаются высокой энергией излучения и способны активно включаться в биологический круговорот. Искусственные (техногенные) радионуклиды условно разделены на три группы: радиоактивные продукты деления (наиболее значимые из которых 89 Sr, 90 Sr, 137 Cs, 134 Cs, 131 I, 131 Ce, 144 Ce); продукты наведенной активации (в том числе 54 Мn, 60 Co, 55 Fe. 59 Fe, 65 Zn); трансурановые элементы (среди которых наиболее долгоживущие 237 Np, 239 Np, 239 Pu, 244 Pu, 241 Am, 242 Cm, 243 Cm, 244 Cm).

Искусственная радиоактивность обусловлена поступлением в почву радиоактивных изотопов, образующихся в результате атомных и термоядерных взрывов, в виде отходов атомной промышленности, в результате аварий на атомных предприятиях, внесения фосфорных удобрений (часто содержащих изотопы урана), зольными выбросами тепловых электростанций, работающих на угле и горючих сланцах, содержащих уран, радий, торий, полоний. Радиоэлементы разносятся ветром, дождевыми и талыми потоками, расширяя зоны радиоактивных загрязнений почвенного покрова и природных вод, подвергая радиоактивному облучению живые организмы. При работе АЭС во внешнюю среду поступают интенсивно мигрирующие продукты деления – 90 Sr, 137 Cs, 131 I, а также нуклиды с наведенной активностью – 54 Мn, 60 Co, 65 Zn.

Содержание радионуклидов в почве увеличивается при внесении мелиорантов, органических и минеральных удобрений, содержащих радиоактивные вещества. Так, активность 1 кг фосфорных удобрений составляет: суперфосфата – 120 Бк, обогащенного концентрата – 70 Бк. При средних дозах внесения этих удобрений (60 кг/га) в почву дополнительно вовлекаются радионуклиды, активность которых в 60 кг удобрений равна 1,35· 10 6 Бк. Повышается радиоактивность почвы при известковании за счет 48 Са, концентрация которого в естественной смеси изотопов кальция составляет 0,19 %.

Радиоактивное загрязнение почвы не влияет на уровень плодородия, но приводит к накоплению радионуклидов в продукции растениеводства. Однако с увеличением уровня плодородия концентрация радионуклидов в урожае снижается за счет увеличения биомассы урожая. Усиление антагонизма между ионами радионуклидов и вносимых солей (Са – Sr, К – Cs) препятствует поступлению стронция и цезия в растения.

В настоящее время почва является основным источником поступления радионуклидов в сельскохозяйственную продукцию. (Рекомендации, 1991). Большинство искусственных радионуклидов закрепляется компонентами твердой фазы почвы, благодаря чему они аккумулируются в верхней части почвенного профиля. В почвах легкого гранулометрического состава радионуклиды проникают более глубоко, чем в тяжелых почвах, в результате чего они могут достигать уровня почвенно-грунтовых вод и поступать с ними в речную сеть.

На фиксацию радионуклидов влияют содержание гумуса, гранулометрический и минералогический составы, реакция среды. По мере увеличения содержания органического вещества и степени дисперсности почвенных частиц сорбция 90 Sr усиливается. В сорбции 137 Cs основную роль играют глинистые минералы, особенно иллит, вермикулит. При подкислении среды подвижность искусственных радионуклидов обычно возрастает, а в нейтральных и щелочных почвах снижается. Основное количество стронция и цезия, поступившее в растение, накапливается в их надземной массе, а остальных радионуклидов – в корнях.

В целом наиболее высокая сорбция радионуклидов отмечается у почв тяжелого гранулометрического состава с высоким содержанием гумуса и минералов типа вермикулита, монтмориллонита, гидрослюд. В таких почвах происходит прочное закрепление искусственных радионуклидов компонентами ППК, что предотвращает вовлечение их в миграционные процессы и поступление в растения.

Миграция радионуклидов в почвах протекает медленно, и основное их количество в настоящее время находится в слое 0-5 см. Хозяйственная деятельность человека, в частности перепашка угодий, приводит к достаточно равномерному распределению радионуклидов в пределах пахотного слоя. Вспашка с оборотом пласта обуславливает перемещение радионуклидов в глубь почвы, а внесение удобрений и извести резко снижает поступление их в культурные растения (в 4-5 раз).

До конца XIX века все химические элементы казались постоянными и неделимыми. Не возникало вопроса о том, как можно преобразовать неизменяемые элементы. Но открытие радиоактивности перевернуло известный нам мир и проложило путь к открытию новых веществ.

Открытие радиоактивности

Честь открытия превращения элементов принадлежит французскому физику Антуану Беккерелю. Для одного химического опыта ему понадобились кристаллы сульфата уранил-калия. Он завернул вещество в черную бумагу и положил пакет возле фотопластинки. После проявления пленки ученый увидел на снимке очертания кристаллов уранила. Несмотря на плотный слой бумаги, они были хорошо различимы. Беккерель несколько раз повторял этот опыт, но результат оказывался тем же: очертания кристаллов, содержащих уран, четко просвечивались на фотографических пластинках.

Результаты открытия Беккерель обнародовал на очередном совещании, которое проводила Парижская академия наук. Его доклад начинался словами о «невидимой радиации». Так он описывал результаты своих экспериментов. После этого в обиход физиков и вошло понятие радиации.

Опыты Кюри

Результаты наблюдений Беккереля заинтересовали французских ученых Марию и Поля Кюри. Они справедливо посчитали, что радиоактивными свойствами мог обладать не только уран. Исследователи заметили, что остатки руды, из которых добывается это вещество, все еще обладают высокой радиоактивностью. Поиски элементов, отличающихся от исходных, привели к открытию вещества со свойствами, аналогичными урану. Новый радиоактивный элемент получил наименование полоний. Такое название Мария Кюри дала веществу в честь своей родины - Польши. Вслед за этим был открыт радий. Радиоактивный элемент оказался продуктом распада чистого урана. После этого в химии началась эра новых, ранее не встречающихся в природе химических веществ.

Элементы

Большая часть известных на сегодняшний день ядер химических элементов нестабильна. Со временем такие соединения самопроизвольно распадаются на иные элементы и различные мельчайшие частицы. Более тяжелый элемент-родитель в сообществе физиков получил название исходного материала. Продукты, образующиеся при разложении вещества, именуются дочерними элементами или продуктами распада. Сам процесс сопровождается выбросом различных радиоактивных частиц.

Изотопы

Нестабильность химических элементов можно объяснить существованием различных изотопов одного и того же вещества. Изотопы - это разновидности некоторых элементов периодической системы с одинаковыми свойствами, но с разным числом нейтронов в ядре. Очень многие рядовые химические вещества имеют хотя бы один изотоп. То, что эти элементы широко распространены и хорошо изучены, подтверждает, что они находятся в стабильном состоянии сколь угодно долго. Но каждый из этих «долгоживущих» элементов содержит изотопы. Ядра их ученые получают в процессе проводимых в лабораторных условиях реакций. Искусственный радиоактивный элемент, получаемый синтетическим путем, в стабильном состоянии долго существовать не может и со временем распадается. Процесс этот может идти тремя путями. По названию элементарных частиц, которые являются побочными продуктами термоядерной реакции, все три вида распада получили свои имена.

Альфа-распад

Радиоактивный химический элемент может преобразоваться по первой схеме распада. В этом случае из ядра вылетает альфа-частица, энергия которой достигает 6 млн эВ. При детальном изучении результатов реакции было установлено, что эта частица представляет собой атом гелия. Она уносит из ядра два протона, поэтому получившийся радиоактивный элемент будет иметь в периодической системе атомный номер на две позиции ниже, чем у вещества-родителя.

Бета-распад

Реакция бета-распада сопровождается излучением одного электрона из ядра. Появление этой частицы в атоме связано с распадом нейрона на электрон, протон и нейтрино. Поскольку электрон покидает ядро, радиоактивный химический элемент увеличивает свой атомный номер на одну единицу и становится тяжелее своего родителя.

Гамма-распад

При гамма-распаде ядро выделяет пучок фотонов с различной энергией. Эти лучи и принято называть гамма-излучением. При этом процессе радиоактивный элемент не видоизменяется. Он просто теряет свою энергию.

Сама по себе нестабильность, которой обладает тот или иной радиоактивный элемент, совершенно не означает, что при наличии некоторого количества изотопов наше вещество вдруг исчезнет, выделив при этом колоссальную энергию. В реальности распад ядра напоминает приготовление попкорна - хаотичное движение зерен кукурузы на сковородке, причем совершенно неизвестно, какое из них раскроется первым. Закон реакции радиоактивного распада может гарантировать только то, что за определенный отрезок времени из ядра вылетит количество частиц, пропорциональное числу оставшихся в ядре нуклонов. На языке математики этот процесс может быть описан такой формулой:

Здесь на лицо пропорциональная зависимость числа нуклонов dN, покидающих ядро за период dt, от числа всех имеющихся в ядре нуклонов N. Коэффициент λ представляет собой константу радиоактивности распадающегося вещества.

Число нуклонов, оставшихся в ядре в момент времени t, описывается формулой:

N = N 0 e -λt ,

в которой N 0 - число нуклонов в ядре в начале наблюдения.

Например, радиоактивный элемент галоген с атомным номером 85 был открыт лишь в 1940 году. Период полураспада его довольно велик - 7,2 часа. Содержание радиоактивного галогена (астата) на всей планете не превышает одного грамма чистого вещества. Таким образом, за 3,1 часа количество его в природе должно, по идее, уменьшиться вдвое. Но постоянные процессы распада урана и тория дают начало новым и новым атомам астата, хотя и в очень маленьких дозах. Поэтому количество его в природе остается стабильным.

Период полураспада

Константа радиоактивности служит для того, чтобы с ее помощью можно было определить, насколько быстро распадется исследуемый элемент. Но для практических задач физики чаще используют величину, называемую периодом полураспада. Этот показатель сообщает, за какое время вещество потеряет ровно половину своих нуклонов. Для различных изотопов этот период варьируется от крохотных долей секунды до миллиардов лет.

Важно понимать, что время в этом уравнении не складывается, а умножается. Например, если за промежуток времени t вещество потеряло половину своих нуклонов, то за срок в 2t оно потеряет еще половину от оставшихся - то есть одну четвертую от первоначального количества нуклонов.

Возникновение радиоактивных элементов

Естественным образом радиоактивные вещества образуются в верхних слоях атмосферы Земли, в ионосфере. Под действием космического излучения газ на большой высоте претерпевает различные изменения, которые превращают стабильное вещество в радиоактивный элемент. Газ, наиболее распространенный в нашей атмосфере - N 2 , к примеру, из устойчивого изотопа азот-14 превращается в радиоактивный изотоп углерода-14.

В наше время гораздо чаще радиоактивный элемент возникает в цепи рукотворных реакций атомного деления. Так называют процессы, в которых ядро вещества-родителя распадается на два дочерних, а после - на четыре радиоактивных «внучатых» ядра. Классический пример - изотоп урана 238. Его период полураспада составляет 4,5 миллиарда лет. Практически столько же существует наша планета. После десяти этапов распада радиоактивный уран превращается в стабильный свинец 206. Искусственно полученный радиоактивный элемент по свои свойствам ничем не отличается от своего природного собрата.

Практическое значение радиоактивности

После Чернобыльской катастрофы многие всерьез заговорили о свертывании программ развития атомных электростанций. Но в бытовом плане радиоактивность приносит человечеству огромную пользу. Изучением возможностей ее практического применения занимается наука радиография. Например, радиоактивный фосфор вводится пациенту для получения полной картины костных переломов. Ядерная энергия служит также для выработки тепла и электроэнергии. Возможно, в дальнейшем нас ждут новые открытия и в этой удивительной области науки.

В том или ином виде все мы подвергаемся радиации каждый день. Однако в двадцати пяти местах, о которых мы вам расскажем ниже, уровень радиации значительно выше из-за чего они и попали в список 25 самых радиоактивных мест на Земле. Если вы решите посетить какое-либо из этих мест, не злитесь, если вы потом обнаружите лишнюю пару глаз, посмотревшись в зеркало…(ну, может, это и преувеличение…а может и нет).

25. Добыча щёлочноземельных металлов | Карунагаппалли (Karunagappally), Индия

Карунагаппалли это муниципалитет в округе Коллам (Kollam) индийского штата Керала (Kerala), где добываются редко встречающиеся металлы. Некоторые из этих металлов, особенно монацит, из-за эрозии превратились в пляжный песок и аллювиальные отложения. Благодаря этому, радиация в некоторых местах на пляже доходит до 70 мГр/год.

24. Форт Д"Обервильер (Fort d’Aubervilliers) | Париж, Франция


Тесты на радиоактивное излучение обнаружили довольно сильную радиацию в Форте Д"Обервильер. В 61 из хранящихся там баков были обнаружены цезий-137 и радий-226. Кроме того, 60 кубических метров его территории также оказались загрязнёнными радиацией.

23. Завод по переработке металлолома Ачеринокс (Acerinox Scrap Metal Processing Plant) | Лос-Барриос (Los Barrios), Испания


В этом случае источник цезия-137 оказался незамеченным контрольно-измерительными устройствами на свалке металлолома Ачеринокс. При расплавлении источник вызвал выброс радиоактивного облака с уровнями радиации, превышающими нормальные в 1000 раз. Загрязнение было позже зарегистрировано в Германии, Франции, Италии, Швейцарии и Австрии.

22. Полевая лаборатория НАСА Санта Сусанна (NASA Santa Susana Field Laboratory) | Сими Валли (Simi Valley), штат Калифорния


Городок Сими Валли в штате Калифорния является местом расположения полевой лаборатории НАСА Санта Сусанна и за многие годы неполадки выявлялись приблизительно на десяти ядерных реакторах малой мощности из-за нескольких пожаров с участием радиоактивных металлов. На данный момент на этом сильно загрязнённом месте проводятся операции по очистке.

21. Завод по добыче плутония «Маяк» | Муслимово, Советский Союз


Из-за завода по добыче плутония «Маяк», построенного в 1948 году, жители Муслимово на юге Уральских гор страдают от последствия употребления питьевой воды, загрязнённой радиацией, что привело к хроническим заболеваниям и физическим недостаткам.

20. Урановая обогатительная фабрика в Черч-Рок (Church Rock Uranium Mill) | Черч-Рок, (Church Rock) Нью-Мексико


Во время печально известной аварии на урановой обогатительной фабрике в Черч-Рок более тысячи тонн твёрдых радиоактивных отходов и 352043 кубических метров раствора кислотного радиоактивного отвала попало в реку Пуэрко (Puerco River). В результате уровни радиации увеличились в 7000 раз по сравнению с нормой. Исследование, проведённое в 2003 году, показало, что воды реки являются по-прежнему загрязнёнными.

19. Квартира | Краматорск, Украина


В 1989 году небольшая капсула, содержащая высокорадиоактивный цезий-137, была обнаружена внутри бетонной стены жилого дома в Краматорске, Украина. Поверхность этой капсулы обладала дозой гамма-радиации равной 1800 R/год. В результате погибло шесть человек и пострадало 17 человек.

18. Кирпичные дома | Янцзян (Yangjiang), Китай


Городской округ Янцзян пестрит домами, сделанными из кирпичей песка и глины. К сожалению, песок в этом регионе поставляется из частей холмов, которые содержат монацит, который распадается на радий, актиний и радон. Высокий уровень излучения этих элементов объясняет высокий показатель заболеваний раком в этом районе.

17. Естественный радиационный фон | Рамсар (Ramsar), Иран


В этой части Ирана наблюдается один из самых высоких уровней естественного радиационного фона на Земле. Уровни радиации в Рамсаре достигают 250 миллизивертов в год.

16. Радиоактивный песок | Гуарапари (Guarapari), Бразилия


Из-за эрозии естественного радиоактивного элемента монацита пески пляжей Гуарапари являются радиоактивными, причём уровни радиации, достигающие 175 миллизивертов, очень далеки от приемлемого уровня в 20 миллизивертов.

15. Радиоактивный участок Макклур (McClure Radioactive Site) | Скарборо (Scarborough), Онтарио


Радиоактивный участок Макклур, являвшийся жилищным кварталом в Скарборо, Онтарио, является заражённым радиацией местом ещё с 1940-ых годов. Загрязнение было вызвано радием, извлечённым из металлолома, который должен был использоваться для экспериментов.

14. Подземные источники Параланы (Subterranean Springs of Paralana) | Аркарула (Arkaroola), Австралия


Подземные источники Параланы протекают через породы богатые ураном и, согласно исследованиям, эти горячие источники выносят радиоактивный радон и уран на поверхность уже более миллиарда лет.

13. Институт лучевой терапии Гояса (Instituto Goiano de Radioterapia) | Гояс (Goias), Бразилия


Радиоактивное загрязнение Гояса, Бразилия произошло в результате радиоактивной радиационной аварии после кражи источника лучевой терапии из заброшенной больницы. Сотни тысяч людей погибли из-за загрязнения, и даже сегодня радиация по-прежнему носит угрожающий характер в нескольких областях Гояса.

12. Федеральный центр Денвера (Denver Federal Center) | Денвер, штат Колорадо


Федеральный центр Денвера использовался в качестве среды для захоронения разнообразных отходов, в том числе химических веществ, загрязнённых материалов и обломков сноса дорог. Эти отходы развозились по разным местам, что привело к радиоактивному загрязнению нескольких районов в Денвере.

11. База военно-воздушных сил Макгвайр (McGuire Air Force Base) | Округ Берлингтон (Burlington County), Нью-Джерси


В 2007 году база военно-воздушных сил Макгвайр была признана Агентством по охране окружающей среды США (United States Environmental Protection Agency) одной из самых загрязнённых авиабаз в стране. В том же году американские военные распорядились произвести очистку загрязняющих веществ на базе, однако загрязнение присутствует там до сих пор.

10. Хэнфордский комплекс (Hanford Nuclear Reservation Site) | Хэнфорд (Hanford), штат Вашингтон


Хэнфордский комплекс, являвшийся неотъемлемой частью американского проекта по производству атомных бомб, производил плутоний для атомной бомбы, которая в конечном итоге была сброшена на Нагасаки, Япония. Хотя запасы плутония были списаны, приблизительно две трети объема осталось в Ханфорде, вызвав загрязнение грунтовых вод.

9. Посреди моря | Средиземное море


Считается, что синдикат, контролируемый итальянской мафией, использует Средиземное море как свалку для опасных радиоактивных отходов. Считается, что около 40 кораблей с токсичными и радиоактивными отходами проплывают через Средиземное море, оставляя большое количество радиоактивных отходов в океанах.

8. Побережье Сомали | Могадишо (Mogadishu), Сомали


Некоторые утверждают, что почва незащищенного побережья Сомали использовалась мафией для захоронения ядерных отходов и токсичных металлов, которые включают в себя 600 бочек токсичных материалов. Это, к сожалению, оказалось правдой, когда в 2004 году на побережье обрушилось цунами и взорам людей открылись ржавеющие бочки, закопанные здесь несколько десятилетий назад.

7. Производственное объединение «Маяк» | Маяк, Россия


Маяк в России в течение многих десятилетий являлся местом расположения огромной атомной электростанции. Всё началось в 1957 году, когда приблизительно 100 тонн радиоактивных отходов было выпущено в окружающую среду в ходе катастрофы, которая привела к взрыву, загрязнившему огромную площадь. Тем не менее, об этом взрыве ничего не сообщалось до 1980 года, когда было обнаружено, что ещё с 50-ых годов, радиоактивные отходы электростанции сбрасываются на окружающей территории, в том числе в озеро Карачай. Загрязнение привело к тому, что высоким уровням радиации подверглись более 400 000 людей.

6. Атомный комплекс Селлафилд (Sellafield Power Plant) | Селлафилд (Sellafield), Великобритания


До того, как он был преобразован в коммерческую территорию, Селлафилд в Великобритании использовался для производства плутония для атомных бомб. На сегодняшний день около двух третей зданий, которые находятся в Селлафилде, считаются радиоактивно загрязнёнными. Этот объект выпускает около восьми миллионов литров загрязнённых отходов каждый день, загрязняя природу и становясь причиной смертей живущих неподалёку людей.

5. Сибирский химический комбинат | Сибирь, Россия


Точно также как Маяк, Сибирь также является местом расположения одного из самых больших химических комбинатов в мире. Сибирский химический комбинат вырабатывает 125 000 тонн твёрдых отходов, загрязняющих грунтовые воды окружающей области. Исследование также показало, что ветер и дождь разносят эти отходы в дикую природу, вызывая высокие уровни смертности среди диких животных.

4. Полигон | Семипалатинский испытательный полигон, Казахстан


Полигон в Казахстане лучше всего известен в связи с проектом атомной бомбы. Это безлюдное место было преобразовано в учреждение, где Советский Союз взорвал свою первую атомную бомбу. Полигон в настоящее время удерживает рекорд по самой большой концентрации ядерных взрывов в мире. Приблизительно 200 тысяч людей в настоящее время страдают от последствий этого излучения.

3. Западный горно-химический комбинат | Майлуу-Суу, Киргизия


Майлуу-Суу считается одним из самых загрязнённых мест в мире. В отличие от других радиоактивных мест, это место получает своё излучение не от ядерных бомб или электростанций, а от широкомасштабной горнодобывающей и перерабатывающей уран деятельности, выбрасывая приблизительно 1,96 миллиона кубических метров радиоактивных отходов в этом районе.

2. Чернобыльская атомная электростанция | Чернобыль, Украина


Сильно загрязнённый радиацией Чернобыль является местом происшествия одной из самых ужасных ядерных аварий в мире. На протяжении многих лет радиационная катастрофа в Чернобыле влияет на шесть миллионов людей, находящихся в этой области, и, по прогнозам, приведёт приблизительно к 4 - 93 тысячам смертей. Ядерная катастрофа в Чернобыле выбросила в атмосферу в 100 раз больше радиации, чем было выброшено в результате взрыва ядерных бомб в Нагасаки и Хиросиме.

1. Атомная электростанция Фукусима дай-ни (Fukushima Daini Nuclear Power Plant) | Фукусима (Fukushima), Япония


Последствия землетрясения в префектуре Фукусима в Японии, как говорят, станут самыми продолжительными в плане ядерной опасности в мире. Эта катастрофа, считающаяся самой страшной ядерной аварией после Чернобыльской катастрофы, вызвала расплавление трёх реакторов, что привело к сильной утечке радиации, которая была обнаружена в 322 километрах от электростанции.

Немногие знают, что радиоактивные вещества могут таиться в самых повседневных и, на первый взгляд, безопасных предметах. Более того, многие из нас ежедневно сталкиваются с ними, и результаты от подобных «встреч» бывают самыми разными. Поэтому каждый человек должен понимать, что именно подразумевают под данной формулировкой и где может скрываться опасность. Тем более что с каждым годом радиация окутывает нас всё более плотным покрывалом….

Смертельное излучение

Для начала разберёмся, какие вещества относятся к радиоактивным. Всем известно, что такое периодическая система химических элементов Менделеева. На сегодняшний день в неё входит около 120 веществ, каждое из которых содержит атомное ядро. Некоторые из них способны распадаться на материнское и дочернее. В ходе этого процесса происходит высвобождение опасного излучения.

Разные химические элементы характеризуются определённым периодом полураспада ядра. Разъяснение данного явления звучит так: «время, за которое количество выживших частиц снижается в два раза».

Процесс распада будет происходить до тех пор, пока не появится стабильное, то есть нерадиоактивное и безопасное ядро. При этом в окружающую среду будут выделяться частицы, несущие разную степень опасности. Встречаются следующие их разновидности:

• альфа: самые слабые, они не способны преодолеть расстояние более 5 см и могут быть остановлены обычным бумажным листком;
• бета: способны проникать под кожу человека на глубину в несколько сантиметров;
• гамма-лучи (или изомерный переход): в состоянии проникнуть ко внутренним органам;
• нейтронное: в природе не существует, является делом человеческих рук; спрятаться от такой разновидности излучения практически невозможно.

Радиоактивные вещества – это все элементы, которые расположены после свинца (а он находится под номером 81). Время их полураспада может составлять от нескольких десятков секунд до миллиардов лет. Чем меньше этот показатель, тем опасней элемент: так он может быстрее попасть в клетки растений, животных и человека.

От того, насколько велика была доза, зависит многое. Радиация может накапливаться много лет, постепенно выводя из строя один орган за другим, а может нанести один мощный удар, в результате которого живое существо погибнет в короткие сроки.

От кальция до ливермория

Полный список радиоактивных веществ впечатляет! Ведь в нём не менее 80 позиций, среди которых встречаются те, которые далёкий от химии человек никогда бы не подумал заподозрить в наличии опасных свойств. К примеру, кальций, из которого состоит скелет каждого человека. Или калий, необходимый для нормальной работы сердца. Или селен – врачи называют его микроэлементом долголетия… Но есть и радиоактивные вещества, известные даже обывателю. Среди них:

• полоний;
• стронций;
• цезий;
• радий;
• висмут;
• франций;
• резерфордий;
• германий.

Некоторые радиоактивные вещества встречаются в природе. Как правило, они отличаются максимально продолжительным периодом распада и неспособны нанести большой вред человеку.

Другая группа химических элементов была создана в лабораторных условиях. Именно в ней встречаются наиболее опасные представители.

Так, самые опасные вещества на сегодняшний день – ливерморий и унунпентий. Широкому кругу людей они неизвестны, и это скорее хорошо, чем плохо.

Ведь эти элементы не встречаются в природе: они синтезированы искусственным путём. Время их распада – 61 и 87 секунд соответственно. Для сравнения: у всем известного и чрезвычайно опасного полония-210 данный показатель составляет 138 дней и 9 часов.

Невидимая опасность

Радиоактивные вещества обладают рядом специфических свойств.

• Отсутствие запаха, цвета, вкуса. Это делает их особенно опасными, ведь человек может жить рядом с источником радиации много лет и даже не подозревать об этом.
• Способность поражать на значительном расстоянии от источника. Оно может достигать нескольких сотен метров.
• Распад этих веществ не зависит от внешних факторов. Поэтому опасность нельзя устранить химическим, физическим или каким-нибудь другим путём.

Где же могут находиться радиоактивные вещества, опасные для человека? В первую очередь, в воде и воздухе. Оттуда они попадают в растения, которые являются частью рациона питания. Доказано, что чаще всего радионуклиды встречаются в капусте и свёкле.

Однако очистка овощей от кожуры и последующая термическая обработка способны уменьшить концентрацию опасных веществ почти вдвое.

Другое дело – радиоактивные вещества, находящиеся в стройматериалах. Существуют даже определённые нормативы, которые определяют максимально допустимую концентрацию урана, тория и калия-40 в минеральном сырье. Благонадёжные компании следуют этим стандартам. Однако на строительном рынке всегда существует риск столкнуться с теми, кто не готов усложнять свою жизнь какими-то нормативами. И в этом случае человек может приобрести квартиру или дом, которые были построены из опасных материалов.

За примерами не нужно далеко ходить! Так, при строительстве одного из омских домов был использован гранитный щебень, добытый на севере Казахстана, а точнее в Макинском массиве. Существуют данные, согласно которым этот щебень содержит до 20 г/т урана и до до 60 г/т тория. Как результат – нормативы по мощности гамма-излучения в этом доме были значительно превышены.

Осторожно, радиация!

Разумеется, человеку сложно защитить себя от радиации на все 100%. Однако, если быть внимательными и следовать некоторым правилам, можно свести возможность поражения к минимуму.

Для этого нужно время от времени осуществлять замеры в помещениях, где вы часто находитесь. Специальные дозиметры и радиометры помогут получить достоверные данные.

Кстати, эти же приборы позволят определить, есть ли радиоактивное вещество в продуктах питания.

Кроме того, желательно избавить дом от некоторых предметов. Например, часов со светящимся циферблатом: есть вероятность, что они произведены с участием радия. А при строительстве обязательно запрашивать у продавцов материалов документы, свидетельствующие о радиационной безопасности товара.

Конечно, полностью обезопасить себя не удастся, и риски есть всегда. Но задача каждого человека – внимательно следить за своим здоровьем, за тем, что он ест и в каких условиях проживает.

Источник:

РАДИОАКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА

вещества, которые содержат (в высокой концентрации) радионуклиды.

Радиоактивные вещества

не относящиеся к ядерным материалам вещества, испускающие ионизирующее излучение.

Федеральный закон от 21.11.95 N 170-ФЗ, ст.3

РАДИОАКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА

по определению ФЗ «Об использовании атомной энергии» от 20 октября 1995 г. «не относящиеся к ядерным материалам вещества, испускающие ионизирующее излучение».

Вещества радиоактивные

вещества в любом агрегатном состоянии, содержащие радионуклиды с активностью, на которые распространяются требования норм радиационной безопасности нрб-99 и санитарных правил сп 2.6.1.758-99.

Радиоактивные вещества

вещи (в т.ч. вещества),

радиоактивные отходы

(«Порядок организации таможенного контроля за радиоактивными

веществами», утв. приказом Государственного таможенного

комитета Республики Беларусь от 23.12.97 г. N 434-ОД)

РАДИОАКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА

вещества естественного или искусственного происхождения, содержащие в своем составе радиоактивные изотопы. Это не относящиеся к ядерным материалам вещества, испускающие ионизирующее излучение. К ним относятся, напр., тритий, уран, торий, актиний, натрий22, стронций-89, технеций, цезий-137, радий-228 и др. радионуклиды, находящиеся в газообразном, жидком или твердом состоянии способные к самопроизвольному распаду и выделению вследствие этого альфа-, беттаи гамма-излучений. Многие Р. в. обладают повышенной поражающей способностью и способны причинить вред живым организмам (лучевая болезнь, ослабление иммунитета, интоксикация и т. п. патологические процессы) и заразить окружающую среду. Процесс распада в Р. в. осуществляется непрерывно, в связи с чем безопасное обращение с ними при их использовании и хранении возможно лишь с применением специальных средств защиты. В российском уголовном праве Р. в. являются предметами ряда преступлений, предусмотренных УК РФ.

Совершение преступления с использованием Р. в. признается обстоятельством, отягчающим наказание.

ВЕЩЕСТВА РАДИОАКТИВНЫЕ

вещества, содержащие естественные или искусственные радиоактивные изотопы. В больших количествах В.р. образуются при ядерных взрывах и работе ядерных реакторов. Попадая в окружающую среду, В.р. приводят к радиоактивному загрязнению местности (акватории) и атмосферы, опасному для здоровья людей и животных. Распад радиоактивных изотопов сопровождается ионизирующим излучением - электромагнитным (рентгеновские и гамма-лучи) и корпускулярным (альфа- и бета-частицы, поток нейтронов и протонов), проникающим в живые ткани и производящим ионизацию атомов и молекул. Рентгеновские лучи - электромагнитное излучение с длиной волны 10–5-102 нм, проникающие через некоторые материалы. Испускаются при торможении быстрых электронов в веществе и при переходах электронов с внешних электронных оболочек атома на внутренние. Источники - рентгеновская трубка, некоторые радиоактивные изотопы, ускорители и накопители электронов. Приемники - фотопленки, люминисцентные экраны, детекторы ядерных излучений. Рентгеновские лучи применяют в медицине, дефектоскопии, рентгеновском структурном и спектральном анализе. Гамма-излучение - коротковолновое электромагнитное излучение, обладает большой энергией (до 5 Мэв у природных радиоактивных веществ и до 70 Мэв при искусственных ядерных реакциях) и может проникать через большие толщи вещества, для человека особенно опасно при внешнем облучении. Альфа-излучение - испускание ядер атомов гелия (альфа-частиц), которое ввиду малой проникающей способности (порядка долей миллиметра) практическую опасность представляет только при попадании внутрь организма. Альфа-частицы обладают большой энергией (от 2 до 9 Мэв) и высокой ионизирующей способностью. Бета-излучение - поток электронов или позитронов (бета-частиц), испускаемых атомными ядрами при бета-распаде радиоактивных изотопов. Проникающая способность бета-частиц не превышает нескольких мм, поэтому при внешнем облучении организма поражаются лишь поверхностные ткани. Нейтрон - нейтральная элементарная частица. Вместе с протонами образует атомное ядро. Протон - стабильная элементарная частица, имеющая положительный заряд. Мощный поток нейтронов и протонов, образующийся при ядерных реакциях деления и синтеза, обладает большой проникающей и ионизирующей способностью.

Радиоактивные элементы

Радиоактивные элементы, химическиеэлементы, все изотопы которых радиоактивны. К числу радиоактивных элементов принадлежат технеций (атомный номер 43), прометий (61), полоний (84) и все последующие элементы в периодической системе Менделеева. К 1975 известно 25 радиоактивных элементов. Те из них, которые расположены в периодической системе за ураном, называются трансурановыми элементами. 14 радиоактивных элементов с атомным номером 90-103 во многом сходны между собой; они составляют семейство актиноидов. Из природных радиоактивных элементов только два - торий (атомный номер 90) и уран (92) имеют изотопы, периоды полураспада которых (T 1 /2) сравнимы с возрастом Земли. Это 232 Th (T 1 /2 = 1,41×10 10 лет), 235 U (T 1 /2 = 7,13×10 8 лет) и 238 U (T 1 /2 = 4,51×10 9 лет). Поэтому торий и уран сохранились на нашей планете со времён её формирования и являются первичными радиоактивными элементами. Изотопы 232 Th, 235 U и 238 U дают начало естественным радиоактивным рядам, в состав которых входят в качестве промежуточных членов вторичные природные радиоактивные элементы с атомными номерами 84-89 и 91.

Периоды полураспадов всех изотопов этих элементов сравнительно невелики, и, если бы их запасы не пополнялись непрерывно за счёт распада долгоживущих изотопов U и Th, они давно бы уже полностью распались.

Радиоактивные элементы с атомными номерами 43, 61, 93 и все последующие называются искусственными, т.к. их получают с помощью искусственно проводимых ядерных реакций. Это деление радиоактивных элементов на природные и искусственные довольно условно; так, астат (атомный номер 85) был сначала получен искусственно, а затем обнаружен среди членов естественных радиоактивных рядов. В природе найдены также ничтожные количества технеция, прометия, нептуния (атомный номер 93) и плутония (94), возникающих при делении ядерурана - либо спонтанном, либо вынужденном (под действием нейтронов космических лучей и др.).

Два радиоактивных элемента - Th и U - образуют большое число различных минералов. Переработка природного сырья позволяет получать эти элементы в больших количествах. Радиоактивные элементы - члены естественных радиоактивных рядов - могут быть выделены радиохимическими методами из отходов производства Th и U, а также из торий- или урансодержащих препаратов, хранившихся долгое время. Np, Pu и др. лёгкие трансурановые элементы получают в атомных реакторах за счёт ядерных реакцийизотопа 238 U с нейтронами. С помощью различных ядерных реакций получают и тяжёлые трансурановые элементы Tc и Pm образуются в атомных реакторах и могут быть выделены из продуктов деления.

Многие радиоактивные элементы имеют важное практическое значение. U и Ри используют как делящийся материал в ядерных реакторах и в ядерном оружии. Облучение тория (его природного изотопа 232 Th) нейтронами позволяет получить изотоп 233 U - делящийся материал. Pm, Po, Pu и др. Радиоактивные элементы применяют для изготовления атомных электрических батареек со сроком непрерывной работы до нескольких лет. См. статьи об отдельных радиоактивных элементах, а также Радиоактивные минералы, Ториевые руды, Урановые руды.

Лит.: Несмеянов Ан. Н., Радиохимия, М., 1972.

С. С. Бердоносов.

Рис. к ст. Радиоактивные элементы.

Главная | Основы безопасности жизнедеятельности | Материалы к урокам | Материалы к урокам ОБЖ для 8 класса | План проведения занятий на учебный год |

Основы безопасности жизнедеятельности
8 класс

Урок 18

Последствия радиационных аварий

Для аварий на радиационно опасных объектах характерен выброс радиоактивных продуктов в окружающую среду . Он приводит к радиационному загрязнению воздуха, воды, почвы и, следовательно, к облучению персонала объекта, а в некоторых случаях и населения (см. схему 11). При этом из атомных реакторов выбрасываются в атмосферу радиоактивные вещества в виде мельчайших пылинок и аэрозолей. Может произойти разлив жидкости, приводящий к радиоактивному загрязнению местности, водоемов.

Радиоактивные вещества имеют специфические свойства:

— у них нет запаха, цвета, вкусовых качеств или других внешних признаков, из-за чего только приборы могут указать на заражение людей, животных, местности, воды, воздуха, предметов домашнего обихода, транспортных средств, продуктов питания;
— они способны вызывать поражение не только при непосредственном соприкосновении, но и на расстоянии (до сотен метров) от источника загрязнения;
— поражающие свойства радиоактивных веществ не могут быть уничтожены химическим и/или каким-либо другим способом, так как их радиоактивный распад не зависит от внешних факторов, а определяется периодом полураспада данного вещества.

Период полураспада - это время, в течение которого распадается половина всех атомов радиоактивного вещества. Период полураспада различных радиоактивных веществ колеблется в широких временных пределах.

При радиационной аварии происходит загрязнение продуктов питания, воды и водоемов, что влечет за собой возникновение у людей и животных различных форм лучевой болезни, тяжелых отравлений, инфекционных заболеваний.

В результате аварийного выброса радиоактивных веществ в атмосферу возможны виды радиационного воздействия на людей и животных, приведеиные на рисунке.

Особенности радиоактивного загрязнения (заражения) местности

Радиоактивное загрязнение при аварии на предприятии (объекте) ядерной энергетики имеет несколько особенностей:

— радиоактивные продукты легко проникают внутрь помещений, так большая часть их находится в парообразном или аэрозольном состоянии;
— наибольшую опасность представляет внутреннее облучение, обусловленное попаданием радиоактивных веществ внутрь организма;
— при большой продолжительности радиоактивного выброса, когда направление ветра может многократно меняться, возникает вероятность радиоактивного загрязнения местности практически во все стороны от источника аварии.

Рассмотрим характерные особенности радиоактивного загрязнения местности при авариях на АЭС в отличие от радиоактивного загрязнения местности при ядерных взрывах.

При наземном ядерном взрыве в его облако вовлекаются десятки тысяч тонн грунта. Радиоактивные частицы смешиваются с минеральной пылью, оплавляются и оседают на местности.

Воздух загрязняется незначительно. Формирование следа радиоактивного облака завершается за несколько часов. За это время метеорологические условия, как правило, резко не изменяются, и след облака имеет конкретные геометрические размеры и очертания. В этом случае главную опасность для людей, оказавшихся на следе радиоактивного облака, представляет внешнее облучение (90-95% общей дозы облучения). Доза внутреннего облучения незначительна. Она обусловлена попаданием внутрь организма радиоактивных веществ через органы дыхания и с продуктами питания.

При авариях на АЭС значительная часть продуктов деления ядерного топлива находится в парообразном или аэрозольном состоянии. Их выброс в атмосферу может продолжаться от нескольких суток до нескольких недель. Воздействие радиоактивного загрязнения окружающей среды на людей в первые часы и сутки после аварии определяется как внешним облучением от радиоактивного облака и радиоактивных выпадений на местности, так и внутренним облучением в результате вдыхания радионуклидов из облака выброса. В последующем в течение многих лет вредное воздействие и накопление дозы облучения у людей будет обусловлено вовлечением в биологическую цепочку выпавших радионуклидов и употреблением загрязненных продуктов питания и воды. Суммарную дозу облучения, прогнозируемую на 50 ближайших после аварии лет, в этом случае принято рассчитывать следующим образом: 15% -внешнее облучение, 85% - внутреннее облучение.

Характер поражения людей и животных.
Загрязнение сельскохозяйственных растений и продуктов питания

При авариях на ядерных энергетических установках сложно создать условия, полностью предохраняющие людей от облучения .

Однако, зная, что воздействие ионизирующих излучений на отдельные ткани и органы человека не одинаково, его можно значительно ослабить.

Итак, одни органы более чувствительны к воздействию ионизирующих излучений, другие - менее .

При сравнительно равномерном облучении организма ущерб здоровью определяют по уровню облучения всего тела, что соответствует первой группе критических органов.

К первой группе критических органов относят также половые органы и красный костный мозг.

Ко второй группе критических органов относят мышцы, щитовидную железу, жировую ткань, печень, почки, селезенку, желудочно-кишечный тракт, легкие, хрусталики глаз.

Третью группу критических органов составляют кожный покров, костная ткань, кисти рук, предплечья, голени и стопы.

При действиях на местности, загрязненной радиоактивными веществами, устанавливают определенные допустимые дозы облучения на тот или иной промежуток времени, которые, как правило, не должны вызывать у людей радиоактивных поражений.

Степень лучевых (радиационных) поражений зависит от полученной дозы излучения и времени , в течение которого человек ему подвергался. Не всякая доза облучения опасна. Если она не превышает 50 Р, то исключена даже потеря трудоспособности. Доза в 200-300 Р, полученная за короткий промежуток времени, может вызвать тяжелые радиационные поражения. Однако такая же доза, полученная в течение нескольких месяцев, не приведет к заболеванию: здоровый организм человека способен за это время вырабатывать новые клетки взамен погибших при облучении.

При определении допустимых доз облучения учитывают, что оно может быть однократным или многократным.

Однократным считают облучение, полученное за первые четверо суток. Оно может быть импульсивным (при воздействии проникающей радиации) или равномерным (при облучении на загрязненной местности).

Облучение, полученное за время, превышающее четверо суток, считают многократным.

Соблюдение установленных пределов допустимых доз облучения исключает возможность массовых радиационных поражений в зонах радиоактивного заражения местности. В табл. 9, 10 приведены возможные последствия острого однократного и многократного облучения организма человека в зависимости от полученной дозы.

Образовавшиеся в процессе аварии ядерной энергетической установки радиоактивные продукты в виде пыли, аэрозолей и других мельчайших частиц оседают на местности. Их разносит ветер, заражая все вокруг. Если запасы продовольствия окажутся не укрытыми или будет нарушена целостность их упаковки, то радиоактивные вещества загрязнят их. Радиоактивные вещества могут быть также занесены в пищу при ее обработке с зараженных поверхностей тары, кухонного инвентаря и оборудования, одежды и рук.

Радиоактивные вещества, попадающие на поверхность продуктов, если они не упакованы, или через щели и неплотности тары, проникают внутрь: в хлеб и сухари - на глубину пор; в сыпучие продукты (муку, крупу, сахарный песок, поваренную соль) - в поверхностные (10-15 мм) и нижележащие слои в зависимости от плотности продукта. Мясо, рыба, овощи и фрукты обычно загрязняются радиоактивной пылью (аэрозолями) с поверхности, к которой она весьма плотно прилипает. В жидких продуктах крупные частицы оседают на дно тары, а мелкие образуют взвеси.

Наибольшую опасность представляет попадание радиоактивных веществ внутрь организма с зараженной ими пищей и водой, причем поступление их в количествах более установленных величин вызывает лучевую болезнь. Поэтому в целях исключения опасного внутреннего облучения организма человека установлены допустимые пределы радиоактивного загрязнения продуктов питания и воды (табл. 11). Их соблюдение необходимо строго контролировать.

Примечание: удельная активность радионуклида - отношение активности радионуклида в образце к массе образца. Активность радионуклида в образце измеряют в кюри (Ки). 1 Ки = 3, 7 1010 ядерных превращений в секунду.

Все известные радиоактивные элементы следует разделить на 2 группы (таблица 2.1): естественные и искусственные (техногенные) .

Среди естественных радиоактивных элементов выделяются долгоживущие (U, Th, K-40, Rb-87 и др.), короткоживущие продукты распада долгоживущих изотопов (радий, радон и т.д.) и нуклиды, постоянно образующиеся в природной среде за счет ядерных реакций (C-14, H-3, Be-7 и др.).

Искусственные радионуклиды могут быть подразделены на:

- осколочные (продукт деления ядер урана-235 под воздействием тепловых нейтронов по схеме):

90 Sr, 134 Cs, 137 Cs, 140 La, 131 I, 129 I, 99 Tc, 106 Ru, 141 Ce

- трансурановые радиоактивные элементы

- продукты активации – за счет взаимодействия нейтронов, гамма - квантов и т.д. с веществом:

56 Fe, 22 Na, 60 Co, 65 Zn, 32 P

8 Предельно допустимые дозы облучения на организм человека. Каковы основные тенденции в изменении этих нормативов?

Предельно допустимая доза (ПДД) ионизирующего излучения - гигиенический норматив, регламентирующий наибольшее допустимое значение индивидуальной эквивалентной дозы во всем теле человека или в отдельных органах, которое не вызовет в состоянии здоровья лиц, работающих с источниками ионизированного излучения, неблагоприятных изменений. Применяется в области радиационной безопасности, устанавливается законодательно. В Российской Федерации законодательным документом являются "Нормы радиационной безопасности". ПДД зависит от облучения всего тела, тех или иных групп т. н. критических органов и составляет от 5 до 30 бэр (50-300 мЗв) в год.

По отношению к облучению население делится на 3 категории.

Категория А облучаемых лиц или персонал (профессиональные работники) - лица, которые постоянно или временно работают непосредственно с источниками ионизирующих излучений.
Категория Б облучаемых лиц или ограниченная часть населения - лица, которые не работают непосредственно с источниками ионизирующего излучения, но по условиям проживания или размещения рабочих мест могут подвергаться воздействию ионизирующих излучений.

Для категории А вводятся предельно допустимые дозы -наибольшие значения индивидуальной эквивалентной дозы за календарный год, при которой равномерное облучение в течение 50 лет не может вызвать в состоянии здоровья неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами. Для категории Б определяется предел дозы.

Устанавливается три группы критических органов:

1 группа - все тело, гонады и красный костный мозг.

2 группа - мышцы, щитовидная железа, жировая ткань, печень, почки, селезенка, желудочно-кишечный тракт, легкие, хрусталики глаз и другие органы, за исключением тех, которые относятся к 1 и 3 группам.

3 группа - кожный покров, костная ткань, кисти, предплечья, голени и стопы.

Помимо основных дозовых пределов для оценки влияния излучения используют производные нормативы и контрольные уровни. Нормативы рассчитаны с учетом непревышения дозовых пределов ПДД (предельно допустимая доза) и ПД (предел дозы). Расчет допустимого содержания радионуклида в организме проводят с учетом его радиотоксичности и непревышения ПДД в критическом органе. Контрольные уровни должны обеспечивать такие низкие уровни облучения, какие можно достичь при соблюдении основных дозовых пределов.

Предельно допустимое годовое поступление ПДП радионуклида через органы дыхания;

Допустимое содержание радионуклида в критическом органе ДС А;

Допустимая мощность дозы излучения ДМД А;

Допустимая плотность потока частиц ДПП А;

Допустимая объемная активность (концентрация) радионуклида в воздухе рабочей зоны ДК А;

Допустимое загрязнение кожных покровов, спецодежды и рабочих поверхностей ДЗ А.

Предел годового поступления ПГП радионуклида через органы дыхания или пищеварения;

Допустимая объемная активность (концентрация) радионуклида ДК Б в атмосферном воздухе и воде;

Допустимая мощность дозы ДМД Б;

Допустимая плотность потока частиц ДПП Б;

Допустимое загрязнение кожных покровов, одежды и поверхностей ДЗ Б.

Численные значения допустимых уровней в полном объеме содержатся в "Нормах радиационной безопасности".

Пределы допустимых экспозиционных доз с годами менялись, и в целом, по мере того, как увеличивающиеся знания о рисках заболевания раком в результате облучения указывали на то, что угроза, которую представляет облучение, -значительно больше, чем предполагалось ранее, наблюдалась тенденция к их понижению. Для того чтобы гарантировать, что персонал не подвергается вредному воздействию свыше нормы, необходимо должным образом контролировать наиболее важные пути этого воздействия. Необходимо также учитывать, что ионизирующее излучение оказывает воздействие на людей различными путями.

9 Трансурановые элементы – как радиационно-опасный фактор

Трансурановые радиоактивные элементы - химические элементы с атомным номером, больше чем у урана-92:

240 Pu, 239 Pu, 239 U, 239 Np, 247 Cm, 241 Am

Википедия:

Элементы с атомным номером более 100 называются трансфермиевыми элементами. Одиннадцать из известных трансурановых элементов (93-103) принадлежит к числу актиноидов. Трансурановые элементы с атомным номером более 103 называются трансактиноидами.

Все известные изотопы трансурановых элементов имеют период полураспада значительно меньший, чем возраст Земли. Поэтому трансурановые элементы практически отсутствуют в природе и получаются искусственно посредством различных ядерных реакций. Элементы до фермия включительно образуются в ядерных реакторах в результате захвата нейтронов и последующего бета-распада. Трансфермиевые элементы образуются только в результате слияния ядер.

Первый из трансурановых элементов нептуний Np (п. н. 93) был получен в 1940 г. бомбардировкой урана нейтронами. За ним последовало открытие плутония (Pu, п. н. 94), америция (Am, п. н. 95), кюрия (Cm, п.н. 96), берклия (Bk, п. н. 97), калифорния(Cf, п. н.98), эйнштейния (Es, п.н.99), фермия (Fm, п.н. 100), менделевия (Md, п. н. 101), нобелия (No, п. н. 102) и лоуренсия (Lr, п. н. 103). Получены также трансактиноиды с порядковыми номерами 104-118; в этом ряду имена присвоены элементам 104-112: резерфордий (Rf, 104), дубний (Db, 105), сиборгий (Sg, 106), борий (Bh, 107), хассий (Hs, 108), мейтнерий (Mt, 109), дармштадтий (Ds, 110), рентгений (Rg, 111), коперниций (Cn, 112). Элементы 113-118 пока имеют временные названия, производные от соответствующих латинских числительных: унунтрий (Uut, 113), унунквадий (Uuq, 114), унунпентий (Uup, 115), унунгексий (Uuh, 116), унунсептий (Uus, 117), унуноктий (Uuo, 118).

Химические свойства лёгких трансурановых актиноидов, получаемых в весовых количествах, изучены более или менее полно; трансфермиевые элементы (Md, No, Lr и так далее) изучены слабо в связи с трудностью получения и короткими временами жизни. Кристаллографические исследования, изучение спектров поглощения растворов солей, магнитных свойств ионов и других свойств показали, что элементы с п. н. 93-103 - аналоги лантаноидов. Из всех трансурановых элементов наибольшее применение нашёл нуклид плутония 239Pu как ядерное топливо.

Трансурановые элементы (ТУЭ).

все эти радионуклиды испытывают α-распад и все долгоживущие.

Трансурановые радионуклиды (элементы) образуются в результате последовательно повторяющихся актов захвата нейтронов (n,γ) и последующим β-распадом:

1. 235 U(n,γ) 236 U(n,γ) 237 U 237 Np(n,γ) 238 Np 238 Pu

2. 238 U(n,γ) 239 U 239 Np 239 Pu

3. 239 Pu(n,γ 240 Pu

4. 240 Pu(n,γ) 241 Pu 241 Am

5. 241 Pu(n,γ) 242 Pu

Здесь приведены только основные превращения, в результате которых образуются значимые для радиоэкологии радионуклиды.

С увеличением Z и A синтезируемого ядра его выход резко уменьшается. В отличие от ядерного взрыва, при котором синтез ТУЭ происходит за время 10 -6 ÷ 10 -8 с при очень высоком интегральном нейтронном потоке (до 10 23 ÷ 10 23 нн/см 2), в ядерном реакторе время синтеза может продолжаться в течение многих лет при меньшей интенсивности нейтронного потока. Наибольший выход имеет реакция 2. – выход 239 Np и 239 Pu при плотности потока нейтронов в реакторе 10 13 нн/см 2 с составляет 0,1 Ки/1 г U.

Реакция 238 U(n,γ) 239 U → 239 Np → 239 Pu может происходить и в природных условиях под действием нейтронов спонтанного деления U(s,f) и нейтронов из (α,n) реакции на уране, содержащемся в урановых рудах. Выход ядер 239 Pu в этом случае порядка (0,4 ÷ 15)·10 -12 относительно содержания ядер 238 U в рудах.

Трансурановые элементы наиболее интенсивно нарабатываются в ядерных реакторах (в том числе и энергетических) и являются одним из самых ценных продуктов переработки выгоревшего ядерного топлива. Кроме ЯТЦ и ЯВ источником выбросов ТУЭ явилась авария ЧАЭС.

Все трансурановые элементы химически очень активны. Характерная их особенность – способность образовывать соединения с водородом, азотом, кислородом, галогенами, а также комплексные соединения. Степени окисления их от 2 + до 7 + .

Валентность радионуклидов плутония от 2 + до 7 + (2 + наименее характерна). В большинстве случаев радионуклиды плутония образуют нерастворимые соединения. Окислы плутония PuO, Pu 2 O 3 ,PuO 2 и фазы переменного состава от Pu 2 O 3 до Pu 4 O 7 . В водных растворах образует ионы (от 3 + до 7 +), причем все ионы могут находиться в растворе одновременно (кроме 7 +). Они подвержены гидролизу (эта способность возрастает в ряду PuO

Валентность 241 Am от 2 + до 7 + , причем наименее характерны 2 + и 7 + , а устойчивые 3 + , в твердом состоянии и в виде комплексов в растворе – 4 + . Окислы AmO, Am 2 O 3 , и AmO 2 . Образует нитридAmN, сульфид Am 2 S, а также металлоорганическое соединение Am(C 5 H 5) 3 . Америций образует растворимые соединения с галогенами (AmCl 2 , AmBr, AmJ 3). Образует комплексные соединения с минеральными и органическими кислотами. В отличие от плутония соединения америция обладают бóльшей растворимостью и, следовательно, бóльшей миграционной способностью.

В степени окисления 3 + свойства ТУЭ подобны свойствам лантаноидов, но обладают более сильно выраженной способностью к комплексообразованию (она возрастает в ряду U

В степени окисления 4 + образуют оксиды, фториды, устойчивы в водных растворах (U, Np, Pu), в водных растворах образуют комплексы. Соединения (гидрооксиды, фториды, иодиды, фосфаты, карбонаты) труднорастворимые. Сильные комплексообразователи (склонность возрастает от U к Am).

В степени окисления 5 + существуют в виде диокислов MeO 2 + . Эта ионная форма определяет химические свойства – малую склонность к гидролизу и комплексообразованию. В степени окисления 6 + находятся в форме ионов MeO 2 2+ . Известно значительное число комплексных соединений.

В степени окисления 7 + наиболее устойчив Pu. В твердом состоянии существует в виде ионов MeO 5 5- , MeO 5 3- , 4- и MeO 4 - , а в растворах – в гидратированной форме аниона MeO 5 3+ .

В общем, закономерности миграции плутония и америция подобны. Поэтому достаточно рассмотреть особенность миграции радионуклидов плутония.

Они определяются растворимостью соединений плутония в природных средах и, особенно, первоначальная химическая форма. При ядерных взрывах такой формой являются практически нерастворимые окислы и, в основном, отдельные атомы, которые с глобальными выпадениями поступают на земную поверхность и только здесь могут образовывать растворимые соединения.

В выбросах ЯТЦ преобладают растворимые соединения плутония, а также его комплексные соединения с органическими лигандами.

Особо сложным составом отличались выбросы при аварии ЧАЭС. Их можно разделить на 4 группы :

А - механически выброшенные из активной зоны тонкодисперсные частицы топлива, близкие по радионуклидному составу к отработанному топливу; осели на земную поверхность в ближней зоне (R ≤ 60 – 70 км).

Б – мелкодисперсное топливо и другие продукты, умеренно обогащенные летучими радионуклидами; содержание радионуклидов плутония в ~ 2 раза больше ожидаемого; осели на земную поверхность в зоне R ≤ 100 км.

В – выбросы, сильно обогащенные летучими радионуклидами, в том числе плутонием; осели на земную поверхность в зоне R ≤ 150 км и далее.

Г – выбросы, обогащенные радионуклидами плутония до 200 раз, в том числе частично растворимые соединения плутония; осели на земную поверхность в дальней зоне.

Различия в этих группах выбросов обусловлены главным образом различием температур в аварийном реакторе к моменту взрыва. Содержание кислорастворимых форм плутония возрастает от группы А и Б к группам В, Г в 4 – 15 раз и доходит до 55 ÷ 85%.

В настоящее время основным резервуаром радионуклидов плутония и 241 Am являются поверхность почв и донные отложения (более 99% поступивших и поступающих от глобальных и чернобыльских выпадений и от выбросов предприятий ЯТЦ). В биологических объектах этих трансурановых элементов не более 1% (в основном в растениях, а в животных еще в 5 ÷ 10 4 раз меньше). Радионуклиды плутония находятся преимущественно в 4 + нерастворимой форме. Коэффициент диффузии в почве ~ 10 -9 см/с.

Только около ~ 10% этих радионуклидов может быть в растворимой доступной для растений форме. Из растений наибольшую концентрацию радионуклидов плутония имеют низкорастущие растения (травы, мхи, лишайники). Это следствие того, что радионуклиды плутония перераспределяются на земной поверхности в основном за счет ветрового переноса и эрозии. Коэффициент накопления трансурановых элементов растениями очень низкий (10 -1 ÷ 10 -3).

Изотопные отношения радионуклидов плутония, содержащихся в почве различных регионов, существенно различаются из-за различия источников их поступления (глобальный, от ЯТЦ, авария ЧАЭС). Так, отношение 240 Pu/ 239 Pu от ядерных взрывов – (0,05 ÷ 0,06); от глобальных выпадений - около 0,176; от выбросов ЯТЦ вместе с глобальными выпадениями – (0,049 ÷ 0,150), а от чернобыльских выпадений – (0,30 ÷ 0,35).

Изотопные отношения для различных регионов варьируют в следующих пределах:

Видно, что основным радионуклидом плутония в выбросах является 239 Pu. Очень малы выбросы 238 Pu и 242 Pu. Несмотря на относительно низкие выбросы 241 Pu, они играют особую роль, так как в результате распада этого радионуклида образуется долгоживущий 241 Am. Поэтому содержание 241 Am в окружающей среде непрерывно возрастает. Так, в период 1940 – 1990 гг. содержание 241 Am в атмосфере увеличилось в 2 раза.

Абсолютное содержание радионуклидов плутония в почвах и атмосферных аэрозолях очень сильно варьирует, особенно в зависимости от расстояния от ЧАЭС. Так в атмосферных аэрозолях содержание плутония уменьшается в 10 4 раз при переходе от ближней к дальней зоне (в которой содержание плутония находится на уровне 19 Бк/л), плотность выпадений уменьшается в ~ 170 раз (до уровня 1,25·10 5 Бк/м 2), содержание на поверхности почвы уменьшается в ~ 370 раз (до уровня ~ 10 Бк/м 2). В целом по мере удаления от ЧАЭС уровень загрязнения приближается к фону глобального загрязнения – для земной поверхности (10 ÷ 60) Бк/м 2 . Средняя удельная активность радионуклидов плутония в почвах для европейской части России ~ 140 Бк/кг при фоне глобального загрязнения около 60 Бк/кг.