Основные понятия
Радиоактивное загрязнение окружающей среды – это, можно сказать, современное понятие, возникшее в результате научно-технического прогресса и связанное с возможностями человека в области атомарного строения вещества. Понятие стало наиболее актуально с первыми успехами по расщеплению атома, с первым преступлением по его применению против жизни человека, а в последующем и для удовлетворения потребностей людей.
Радиоактивным является химический элемент, природного или синтетического происхождения, все изотопы которого радиоактивны. К таким же относят также смеси, хотя бы один изотоп которых радиоактивен.
Радиоактивность состоит из двух латинских слов «radius» – луч и «āctīvus» – действенный, то есть «активный луч». В действительности – это свойство атомных ядер изменять свой состав и строение, в результате чего происходит выброс элементарных частиц, квантов и даже ядерных фрагментов.
В периодической таблице Менделеева такие элементы идут после свинца, в их числе висмут технеций и прометий. В природных смесях с одним радиоактивным изотопом, наиболее известными такими элементами являются: калий, кальций, ванадий, цирконий, молибден, кадмий, вольфрам, осмий, платина, висмут, уран, радий, радон, астат и углерод-14, образующийся в атмосфере под влиянием солнечных лучей.
В производственной деятельности человека эти элементы нашли свое применение в энергетике – для атомных реакторов и батарей, а также для военных целей.
Загрязнение – это появление в стройной и отлаженной системе несвойственных или излишних элементов, которое не может не сказаться на ее функционировании. Количественные и качественные показатели такого загрязнения могут привести к уничтожению системы.
Основными объектами загрязнения окружающей среды, естественно, являются ее составляющие: вода, земля и воздух.
Загрязнение может быть естественным процессом в существование биосистемы, которое последней как производится, так и нейтрализуется. Это естественное загрязнение. Но есть загрязнение, возникающее в процессе производственной деятельности человека или антропогенное. Такое загрязнение должно быть устранено либо источником его происхождения, то есть человеком, либо при его максимальном участии. Потому что устранение такого загрязнения природной системой не предусмотрено и требует дополнительных ресурсов.
Загрязнения можно классифицировать по масштабам влияния на биосистему. Это: локальные, региональные и глобальные. И по видам: биологическое, механическое, физическое и химическое. Радиоактивное загрязнение относят к физическому виду.
Иногда говорят еще о радиоактивном заражении. Хотя заражение или инфекция, от латинского слова «inficio» или заражать, относится к процессам, вызываемым у одних живых организмов другими – бактериями, вирусами, грибами и другими простейшими. Потому правильнее, наверное, говорить все-таки о радиоактивном загрязнении, а не заражении.
Загрязнение и виды веществ
Радиоактивность – это природное свойство химических элементов. Упрощенно радиоактивность – это способность элемента или вещества при определенных условиях производить энергию и выбрасывать ее в виде энергетических потоков или волн, то есть радиации. Эта энергия, преобразовываясь и задерживаясь на различных этапах и уровнях, достигает и проникает во все живое на Земле. Основным потребителем этой энергии являются растения. Ее они расходуют на преобразование углекислого газа в необходимый живым организмам кислород. Самыми известными источниками такой природной радиации является Солнце, а также некоторые природные ископаемые – уголь, торф, базальт, гранит и руды, содержащие уран, торий и радий.
Радиоактивность существовала и существует и только с вмешательством человека в эту область природных процессов, речь уже надо вести не столько о радиоактивности, сколько о радиоактивном загрязнении. Ибо в стройную систему стало поступать избыточное количество элементов и, соответственно, энергии. А все что лишнее и есть загрязнение.
Производимое радиоактивными веществами загрязнение окружающей среды носит характер аккумулирования. И в этом его основная суть и отличие от других видов загрязнения. Кроме того, радиоактивные вещества попадают в трофическую или пищевую цепь, но не подвергаются переработке. Они передаются от одного звена цепи другому и постепенно накапливаются в живых организмах. Различные представители растительного и животного мира обладают разной способностью к накоплению этих веществ. Одними из «лидеров» – аккумуляторов являются мхи и лишайники. А местом, где такое происходит чаще всего, является костная ткань.
К основным радиоактивным загрязняющим веществам относят: Йод-131, Стронций-90, Цезий-137, Кобальт-60 и Америт-241.
- Йод-131 является бета- и гамма-радиоактивным. Период его полураспада около 8 суток. Под его воздействием мутируют и распадаются клетки, а ткани на глубину до нескольких миллиметров. Место концентрации – щитовидная железа.
- Стронций-90. Полураспад – 28,8 года. Опасность для живых организмов чрезвычайно повышена. Место накопления – костные ткани.
- Цезий-137. Полураспад – 30 лет. Главное радиоактивное загрязняющее вещество биосферы.
- Кобальт-60. Полураспад – 5,3 года.
- Америций-241. Полураспад – 433 года.
Каждый из этих элементов является результатом конкретной реакции и определенного технологического процесса, то есть имеют свой источник происхождения.
Источники и ядерное оружие
У радиоактивного загрязнения окружающей среды источники весьма разнообразны. К ним можно отнести добычу каменного угля и торфа, а также их использованием при производстве тепла и электроэнергии. Сюда же, без сомнения, относится добыча урановых и иных руд, содержащих радиоактивные элементы. Происходит сопутствующее загрязнение почвы, воды и воздуха, возникающее как последствия этих видов производственной деятельности – отвалы, могильники, зола, отработанные газы, пыль, сточные и технологические воды и многое другое.
Все эти источники являются опасным и требующим пристального внимания и контроля. Их нельзя сбрасывать со счетов, лишь на том основании, что они наиболее приближены к естественным, и возникают в результате использования природных ресурсов.
Но есть главные, основные, глобальные. Те, которые являются побочным эффектом деятельности человека. Они полностью искусственны и неприродные.
С незапамятных времен человек, сначала догадывался об атомарном строении материи, затем он проник в ее глубины и смог расщепить атом, получив при этом долгожданный новый источник энергии. И что стало первым способом применения этого замечательного открытия – две атомные бомбы на японские города Хиросима и Нагасаки в августе 1945 года, унесшие сотни тысяч человеческих жизней сразу и еще несколько сотен тысяч впоследствии. И только в 1950 году в СССР начались работы по строительству первой атомной станции, то есть первому мирному использованию великого открытия.
Чем можно считать испытание и применение ядерного оружия в первую очередь, но не в последнюю его следует считать основным и главным источником загрязнения окружающей среды.
В настоящее время известны следующие полигоны для проведения ядерных испытаний – это: Невада (США), Новая Земля (РФ), Моруроа (Франция) и Лобнор (Китай). К 2000 году в мире уже было проведено около 2000 испытаний ядерного оружия. Более 50% испытаний приходится на долю США, около 35% – Россию, 10% – Францию, 2,3% – Англию, около 2% – Китай. Такое количество взрывов привело к повышению радиационного фона на 3% в глобальном – общепланетарном масштабе.
При проведении ядерных взрывов образуется два вида изотопов. Одни с коротким периодом полураспада, которые представляют повышенную опасность сразу после взрыва и в непосредственной близости от него. И вторые – с периодом полураспада от нескольких лет до нескольких десятков и сотен лет. Именно они оседают в воде, воздухе и почве и, попадая в пищевую цепочку, накапливаются в растениях и животных. Наиболее опасным из них является стронций-90, который легко выступает «заменителем» кальция в организме.
Проводя испытания на земле или воздухе, радиоактивные вещества поднимаются высоко в атмосферу и затем переносятся на значительные расстояния, выпадая на землю и воду с дождями и туманами. 40% продуктов ядерных испытаний выпадают с осадками в течение 1-3 месяцев, остальные могут оставаться в верхних слоях атмосферы до 10 лет. Таким образом, загрязнение распространяется за пределы отведенных мест.
Кроме прямого загрязнения, ядерные взрывы нарушают озоновый слой Земли, влияют на метеорическую обстановку и являются причиной сейсмических нарушений. Ярким примером чего явились испытания в Прикаспии. В результате были вскрыты зоны аномально высоких пластовых давлений, начали подниматься подземные воды и вместе с ними уровень воды в море.
Еще одной проблемой полигонов для ядерных испытаний, является их использование в качестве захоронения радиоактивных отходов.
«Мирный» атом
При правильной эксплуатации ядерная энергетика практически безопасна. По данным на 2009 год в мире эксплуатируется порядка 437 ядерных реакторов, которые дают практически 16% всей мировой электрической энергии и потребляют около 4000 тонн природного урана. Источниками загрязнения, при корректной эксплуатации атомных станций, являются изотоп углерода-14 и трития, которые поступают в атмосферу после очистки газов станции фильтрами-абсорберами.
Наиболее опасным из них является тритий, который замещает водород в соединениях, составляющих большую часть массы живых организмов. Он накапливается, не перерабатываясь в пищевых цепях, превращается в гелий и испускает β-частицы. Отчего клетки мутируют и поражаются на генном уровне.
Радионуклиды содержатся в воде, используемой для технологических нужд станции. Эта вода, как правило, используется в циклическом режиме и иногда требуется ее обновление. В связи с этим она поступает в водоем-охладитель при станции. Этот водоем является слабопроточным или искусственным водохранилищем. Но сброс в него воды и содержание в ней радионуклидов тщательно контролируется.
Радиоактивное загрязнение окружающей среды – это на сегодняшний момент, наверно, самый опасный вид загрязнения природы. Ибо отложенный взрыв, не означает предотвращенный.