Основы радиационной экологии

В ряде работ отмечается, что накопление радионуклидов стронция и цезия зависит от агрохимических свойств почвы, наличия обменного кальция, карбонатов калия, органических веществ, показателя рН, обменных катионов, гранулометрического состава и т.п. Стронций как химический элемент подобен кальцию и распределяется более равномерно, чем цезий. Цезий близок по своим химическим свойствам к калию и потому остается преимущественно в верхних слоях, задерживаясь на глинах и органических мицеллах. Однако цезий также может интенсивно диффундировать в почве при воздействии некоторых кислот и их солей (HCl, HN4Cl) в зависимости от содержания в ней ряда минеральных веществ.

Исследование действия ионизирующего излучения на уровне биогеоценозов ставит перед учеными новые вопросы и задачи по сравнению с действием облучения на индивидуальном организме. Если механизм поражающего действия больших доз и уровней загрязнения во многом понятен и изучен, то действие малых доз, особенно при хроническом их влиянии слабо изучено, и требует новых подходов, связанных с анализом популяционных изменений, при котором хроническое облучение малыми и сверхмалыми дозами, особенно искусственными радионуклидами, выступает не только как фактор повышающий скорость накопления мутаций, но и в качестве фактора отбора.

На юго-востоке Франции комиссией по атомной энергии после аварии в Чернобыле было проанализировано более 2800 видов сельхозпродукции, как французского, так и иностранного производства, потребляемых жителями этого региона. Установлено, что наиболее загрязнены надземные части растений (лиственные овощи, фураж, пряности и лекарственные растения). Обнаружены вариации активности в 10 - 100 раз, даже для одних и тех же растений в ограниченном районе. За первый год после аварии основной вклад в дозу, полученную людьми дают 131I, 137Cs, 134Cs и 103Rn. Вклад в дозу от салата, загрязненного этими изотопами составляет 0,9 мкЗв/год, в то время как от поступающего в пищу 40К - 7 мкЗв/год. Аналогичный результат получен для яблок и тимьяна.

Важным фактором является кислотность почв, так поступление в растения радионуклидов марганца-54, кобальта-60, цинка-65 и кадмия -115 из основных почв Нечерноземной зоны в зависимости от свойств почв изменялась от 3 до 24 раз. Накопление радионуклидов сельскохозяйственными культурами также варьировало от их видовых особенностей и степени окультуренности почвы. На первом этапе длительных непрерывных выпадений из атмосферы углерода-14, иода-129, цезия-137, доминирующий путь их поступления в продукцию растениеводства - непосредственное осаждение на поверхность растительного покрова. Почвенный путь для цезия-137 и иода-129 значим лишь при продолжительности их выпадений в течение десятков и сотен лет.

При достижении равновесия концентраций радионуклидов в системе атмосфера - почва, вклады обоих путей примерно равнозначны. В отличие от этого поступление углерода-14 из почвы в надземную фитомассу незначительно и составляет менее 1 % воздушного пути поступления даже при достижении равновесия его концентраций в системе атмосфера - почва. Поступление иода-129 и цезия-137 из почвы в урожай становится ведущим после прекращения выпадений их из атмосферы. В этом случае при разработке мер, направленных на снижение загрязнения рациона человека, следует руководствоваться количественными показателями перехода радионуклидов из почвы в растения, зависящими от типа почвы, вида растений и условия ведения сельскохозяйственного производства. Значения коэффициента накопления для цезия-137 в генеративных органах растений на разных почвах близки к этому показателю для иода-129, в то время как для вегетативных частей растений они в 30 - 40 раз выше, чем для иода-129.

При изучении накопления марганца-54, кобальта-57, никеля-63, цинка-65 и стронция-90 в яровой пшенице на двух разных почвах с различным содержанием извести и минеральных удобрений, показано, что коэффициент накопления в зерне пшеницы уменьшался в ряду: цинк/марганец/стронций/никель/кобальт. Коэффициент накопления цинка и марганца в зерне колебались от 1 до 13. Для других радионуклидов коэффициент накопления был ниже более чем в 10 раз. Внесение извести уменьшало коэффициент накопления марганца, цинка и стронция, но мало снижало поглощение растениями никеля. Во всех случаях отношение стронций/кальций было максимальным при внесении NPK и снижалось при внесении извести.

Во многих работах, отмечена способность грибов накапливать радионуклиды в значительных количествах, причем коэффициент накопления может достигать 192. В съедобных грибах концентрация радионуклидов цезия колебалась от 0,46 до 11,3 кБк/кг сухой массы в шляпках и от 0,27 до 76,3 в ножках, причем их концентрация в кожице шляпки была в два раза выше, чем в базальной части ножки. Концентрация радионуклидов на единицу сухой массы была в 10 раз выше, чем на единицу сырой массы.

Особое значение среди -излучателей имеет плутоний - один из самых токсичных долгоживущих радионуклидов. 1 мг плутония дает 138?106 -распадов в минуту, при этом 69% всех частиц обладает энергией 5238 Мэв. В химическом отношении плутоний отличается стабильностью четырехвалентных соединений. Он образует соли хорошо растворимые в воде, которые могут подвергаться гидролизу и проявлять радиоколлоидные свойства. Как и остальные тяжелые элементы плутоний легко адсорбируется и осаждается, а также дает с белками прочные трудно диссоциирующие соединения. Через короткое время после попадания плутония в организм главным местом отложения являлись скелет и печень, но со временем концентрация плутония в печени снижается, а в костях продолжает накапливаться. В других органах плутоний содержится в сравнительно небольших количествах и распределяется относительно равномерно.

После аварии в Чернобыле в Германии проводилось изучение накопления радионуклидов цезия в мышечных тканях косуль, с целью биоиндикации загрязнения окружающей среды в ненарушенной экосистеме животных. Для исследования у животных, забитых в 1986 - 1988 годах, отобрали 300 образцов гладкой мускулатуры из области бедра. Концентрация цезия-137 в 1988 году в образцах была в 5 раз ниже, чем в 1986, и в 1,5 ниже, чем в 1987 году. Максимальные концентрации в 1987 году составляли 700, а в 1988 году - 400 Бк/кг. В 1987 и 1988 годах наблюдались большие сезонные флуктуации в содержании цезия-137 в мышечных тканях косуль с сильным повышением в осенние месяцы, в период увядания однолетнего травостоя, за счет увеличения в рационе животных многолетников, накапливающих больше цезия.

В Англии в период с 1977 по 1985 год проведены измерения концентраций цезия-137 и стронция-90 в травостое пастбищ и молоке выпасаемых коров. На основании полученных данных, рассчитывали коэффициент перехода радионуклидов из рациона в молоко по формуле: коэффициент перехода = концентрация в молоке (Бк/л) / суточное поступление с рационом (Бк/сут). Эта величина составила 0,004 для цезия-137 и 0,001 для стронция-90. Соотношение концентраций в молоке и траве было равно 0,05 (БК/л)/(Бк/кг) для цезия-137 и 0,014 (Бк/л)/(Бк/кг) стронция-90.

На севере Швеции в течение первого года после аварии на Чернобыльской АЭС были исследованы образцы мяса более 3000 оленей с пастбищ, где активность почв за счет цезия-137 колебалась в пределах от 2 до 60 кБк/м2 и выявлена положительная корреляция между концентрацией радионуклида в мышцах оленей с содержанием его в почве. Перед аварией на Чернобыльской АЭС содержание цезия-137 в мясе оленей составляло 33 Бк/кг, после аварии средний уровень активности на 1 кг свежего мяса у оленят и половозрелых животных составил 470 и 300 мг/кг соответственно. Среди оленей старше одного года накопление радионуклидов было выше у самок. Сезонные колебания были незначительны с тенденцией уменьшения содержания радионуклидов в зимнее время.

Экспериментально показано, что облучение популяций различных видов и классов на протяжении многих поколений приводит в определенных условиях к увеличению их радиорезистентности, причем возможно возникновение неспецифической адаптации облучавшихся популяций к мутагенам физической и химической природы.

В общественном сознании укрепилось мнение о безусловной вредности радиационных воздействий даже в малых дозах. По-видимому, это не совсем так. Во многих опытах была показана возможность повышения активности живых организмов при облучении дозами менее 1/10 от LD50. С другой стороны такие эксперименты не имели стопроцентной повторяемости, что ставило их под сомнение. В ряде опытов было обнаружено, что снижение радиационного фона в регулируемых условиях также снижает скорость деления клеток, рост и размножение. Кроме того, в литературе неоднократно отмечался факт интенсивного развития живых организмов в зоне антропогенно повышенного фона, при условии, что величины облучения значительно ниже опасных для жизни.

7. Радиоактивное загрязнение биосферы

Радиоактивное загрязнение биосферы - попадание радиоактивных веществ (РВ) в живые организмы и среду их обитания (атмосферу, гидросферу, почву), происходящее в результате ядерных взрывов, удаления в окружающую среду радиоактивных отходов, разработки радиоактивных руд, при авариях на атомных предприятиях и т.д. Радиоактивное загрязнение вызывается продуктами деления ядер (например, 90Sr, 137Cs, 144Ce), наведёнными радиоактивными нуклидами (3H, 24Na, 59Fe, 60Co, 65Zn и др.), естественно-радиоактивными тяжёлыми металлами (U, Th, Ra и др.) и искусственными трансурановыми элементами (Pu, Am, Cm и др.).

Величину радиоактивного загрязнения определяют методами радиохимии, радиометрии, спектрометрии и авторадиографии и количественно выражают в единицах радиоактивности (распады в секунду в 1 г ткани, nкюрu/т3 воздуха или воды, мкюри/км2 суши или водоёма). Глобальное радиоактивное загрязнение к 1973 составляло более 1,5 Гкюри (гигакюри) в результате ядерных взрывов и более 5 Мкюри (мегакюри) - вследствие поступления в Мировой океан радиоактивных отходов. Наиболее загрязнены районы умеренных широт, особенно в Северном полушарии.

Попадая в реки, озёра, моря и океаны, РВ поглощаются водными растениями и животными как непосредственно из воды, так и из предыдущего звена пищевой цепи: из водорослей РВ переходят в зоопланктон, для которого водоросли служат пищей, а затем в организм моллюсков, ракообразных, рыб.

С поверхности почвы через корни и из атмосферных выпадений через листья РВ поступают в растения и, продвигаясь по пищевым цепям, а также с питьевой водой, - в организм животных, в том числе сельскохозяйственных, а вместе с их мясом и молоком - в организм человека (в частности, 90Sr, попадая в организм человека с овощами или молоком, может накапливаться в костной ткани, особенно у детей).

Выяснением экологической значимости разных уровней ионизирующей радиации и созданием научных основ рекомендаций по защите от негативных последствий поступления радионуклидов, включая составление прогнозов возможного нарушения структуры, продуктивности и самоочищения экосистем, занимается радиоэкология, а медицинскими аспектами проблемы - радиационная гигиена. Координацию деятельности разных стран по предотвращению радиационного загрязнения осуществляет МАГАТЭ (Международное агентство по атомной энергии).

7.1 Аккумуляция радиоактивных веществ

Аккумуляция радиоактивных веществ в биосфере, накопление радиоактивных веществ (РВ) всеми составными частями биосферы -живыми (микробы, растения, животные, человек) и неживыми (почва, воды суши и океанов). Особенно энергично аккумуляция радиоактивных веществ происходит в организмах некоторых видов. Некоторые РВ прочно связываются теми или иными тканями (например, стронций и плутоний костями животных и человека), другие, например цезий, легко выделяются. Аккумуляция радиоактивных веществ, временно выходящих из биологического круговорота, осуществляется в основном в донных отложениях, а на суше - в почве.

Из радиоактивных нуклидов, поступающих в почвенный раствор, часть аккумулируется растениями и вместе с растительной пищей попадает в организмы животных и человека, а после их смерти - снова в почву. Таким образом, флора и фауна (особенно виды животных, встречающихся в массовом количестве, - насекомые, черви и др.) служат важным фактором перемещения РВ в почве. Мерой аккумуляция радиоактивных веществ в организме служит коэффициент накопления, т. е. отношение концентрации радионуклидов в организме к концентрации их в окружающей среде и в воде (для водных организмов) или почвенном растворе.

Коэффициент накопления зависит от вида и состояния организма, свойств и концентрации нуклидов, степени их связывания в среде и др. Коэффициент накопления различных радиоактивных изотопов водными организмами сравнительно высоки - порядка 102 - 104; так, он равен: для зелёных водорослей по Sr90 - 1,6?103, для моллюсков по Nb95 - 3?103 для рыб по Y91 - 5?102. Аккумуляция радиоактивных веществ организмами приводит к их облучению, что может вызвать развитие лучевой болезни, злокачественных опухолей, вредные генетические последствия и гибель организмов.

Попадая в реки, озёра, моря и океаны, радионуклиды поглощаются водными растениями и животными как непосредственно из воды, так и из предыдущего звена пищевой цепи: из водорослей РВ переходят в зоопланктон, для которого водоросли служат пищей, а затем - в организм моллюсков, ракообразных, рыб. С поверхности почвы через корни и из атмосферных выпадений через листья РВ поступают в растения и, продвигаясь по пищевым цепям, а также с питьевой водой, - в организм животных, в том числе сельскохозяйственных, а вместе с их мясом и молоком - в организм человека (в частности, Sr90, попадая в организм человека с овощами или молоком, может накапливаться в костной ткани, особенно у детей).

При поглощении радиоактивных элементов растениями или животными обычно происходит значительное повышение их концентрации в биологических объектах по сравнению с содержанием РВ в окружающей среде. Организмы, которые накапливают те или иные радионуклиды в особенно высоких концентрациях, называют «биоиндикаторами радиоактивного загрязнения»; так, водоросль кладофора особенно интенсивно накапливает Y91, а моллюск большой прудовик - Sr90. При переходе от одного организма к другому происходит изменение содержания РВ. Например, концентрация Cs137 возрастает в цепи лишайники - мышцы оленей - мышцы волков (30, 85 и 181 пкюри/г сухой массы соответственно), а концентрация Sr90 в этой же цепи уменьшается (7,2, 0,1 и 0,04 пкюри/г сухой массы). На радиоактивное загрязнение различных элементов биосферы влияют химическая форма и физическое состояние РВ, температура и химический состав окружающей среды, а также др. факторы.

8. Радиационный мониторинг

Мониторинг окружающей природной среды - система регулярных длительных наблюдений в пространстве и времени за состоянием окружающей природной среды и предупреждение о создающихся критических ситуациях, вредных и опасных для здоровья людей и других живых организмов. Различают базовый, глобальный, региональный и импактный мониторинги.

Радиационный мониторинг является составной частью экологического мониторинга и обеспечивает оценку экологического состояния окружающей среды и изменения биоты при ионизирующем воздействии естественной и антропогенной компоненты радиационного.

Мониторинг принято делить на: базовый (или фоновый), глобальный, региональный, локальный, импактный. Базовый мониторинг (фоновый) - слежение за общебиосферными, в основном природными, явлениями без наложения на них региональных антропогенных влияний. Биосферный мониторинг наблюдения за глобально-фоновыми изменениями в природе: степенью радиации; наличием в атмосфере СО2, О3; ее запыленностью; циркуляцией тепла; газовым обменом между океаном и воздушной оболочкой земли; мировой миграцией птиц, животных, растений и насекомых; погодно-климатическими изменениями на планете.

Фоновое глобальное состояние биосферы изучают на фоновых станциях, которые организованны в ряде стран на базе биосферных заповедников. Фоновое состояние среды в прошлом можно реконструировать с помощью анализа колец деревьев, газовых слоев ледников и донных отложений.

Глобальный мониторинг - слежение за общемировыми процессами и явлениями в биосфере Земли, включая все ее экологические компоненты и предупреждение о возникающих экстремальных ситуациях. Региональный мониторинг - слежение за процессами и явлениями в пределах какого-то региона, где эти процессы и явления могут отличаться и по природному характеру, и по антропогенным воздействиям от базового фона, характерного для всей биосферы.

Региональный мониторинг дает оценку антропогенного влияния на природную среду в ходе обычной хозяйственной деятельности человека, которая обязательно предполагает тот или иной вид взаимодействия с природой, (градостроительство, сельское хозяйство, энергетика, и т.д.). При региональном мониторинге оценивают взаимодействие человека и природы в различных отраслях народного хозяйства, дают характеристику общего нарушения природной среды, привноса и выноса из природных систем веществ и энергии.

Региональный мониторинг проводят агрослужба, гидроклиматическая, лесоустроительная, сейсмологическая и другие службы. Локальный мониторинг осуществляет контроль за содержанием токсичных для человека химических веществ и других загрязнителей в атмосфере, природных водах, растительности, почве, подверженных воздействию конкретных источников загрязнения. При локальном мониторинге состояние окружающей среды оценивается с точки зрения здоровья человека, что служит самым важным, емким и комплексным показателем состояния окружающей среды. Проводят локальный мониторинг природоохранные службы предприятий.

Импактный мониторинг (мониторинг источников антропогенного воздействия) - мониторинг региональных и локальных антропогенных воздействий в особо опасных зонах и местах. Под источником антропогенного воздействия следует понимать источники эмиссии (выделения) веществ, энергии и излучений в природные среды, а также изъятие природных ресурсов, нарушение естественной структуры и их составляющих.

По методам ведения и объектам наблюдения выделяются например: авиационный, космический, окружающей человека среды, агроценозов, леса. Авиационный мониторинг - мониторинг, осуществляемый с самолетов, вертолетов и др. летательных аппаратов (воздушные шары, дирижабли и т.п.), не поднимающихся на космические высоты (в основном в пределах тропосферы.

Космический мониторинг - мониторинг с помощью космических средств наблюдения (часто авиационный и космический мониторинги объединяют в дистанционный, добавляя получение данных от приборов расположенных в труднодоступных местах без постоянного присутствия человека).

Мониторинг окружающей (человека) среды - слежение за состоянием окружающей человека природной среды и предупреждение о создающихся критических ситуациях вредных или опасных для здоровья людей и других живых организмов.

Естественная составляющая радиационного фона характеризуется плавностью, замедленностью изменений, возникающие колебания незначительны, хотя в некоторых случаях могут быть заметны, - например выбросы радона при изменениях в коре при землетрясениях, потоки излучения при вспышках на солнце или взрывах сверхновых и т.д.

Антропогенная составляющая ионизирующего излучения в окружающей среде характеризуется достаточно быстрыми изменениями, как в некоторых случаях в глобальном масштабе, так и в отдельных регионах, причем для таких изменений характерно появление в биосфере новых, ранее не существовавших нуклидов, или значительное увеличение концентраций радионуклидов имеющихся в ландшафте. В зависимости от необходимости естественную и антропогенную составляющие радиационного фона можно учитывать отдельно.

Мониторинг состояния окружающей среды включает:

- наблюдения за загрязнением атмосферы, поверхностных вод, почв и радиоактивности на Государственной сети наблюдений;

- оценку и анализ данных наблюдений;

-прогноз состояния и загрязнения природных сред (в том числе и радиоактивности) на базе анализа данных наблюдений.

Радиационный экологический мониторинг - это информационная система, созданная с целью наблюдения, прогнозов изменений радиационной составляющей в окружающей среде на всех уровнях общего экологического мониторинга, она способна выделить антропогенную составляющую радиационного воздействия на окружающую среду на фоне остальных природных процессов. Система радиационного экологического мониторинга обеспечивает наблюдение радиационной составляющей во всех средах, оценку полученных данных с учетом экологического нормирования - рисунок 9 - на основании этих оценок принимаются решения с целью снижения возможного негативного влияния. Мониторинг должен быть непрерывным - это обеспечивает управление качеством окружающей среды. Оценка получаемой радиационной составляющей производится непрерывно, что позволяет анализировать эффективность принимаемых решений и воздействий и производить их корректировку.

Рисунок 9 - Система радиационного экологического мониторинга

Экологическое нормирование - система правил (норм) и содержащихся в них количественных и качественных показателей (нормативов) оценки состояния окружающей среды и степени воздействия на нее, определяющая и обеспечивающая благоприятную среду для существования человека и сохранения биологического разнообразия. Документом, определяющим допустимые уровни радиационного воздействия на человека являются нормы радиационной безопасности (НРБ), которые периодически пересматриваются, учитывая новые научные знания, и обеспечивают сохранность здоровья человека при воздействии источников ионизирующего излучения, в случаях не превышения допустимых уровней облучения.

На основе этой системы действует государственная система наблюдения и контроля за состоянием окружающей среды, в том числе и ее радиационной составляющей.

Задачи системы состоят из следующих элементов:

- наблюдение за радиационными параметрами (характеристиками) во всех средах;

- обеспечение организации оперативной информации.

Нормативы, используемые для оценки полученной информации - ПДЭН (предельно допустимая экологическая нагрузка). ПДЭН - воздействие (совокупность воздействий), которые или не влияют на качество окружающей среды или изменяют его (качество) в допустимых пределах (т.е. не разрушая экосистему и не вызывая отрицательных последствий у живых существ, в первую очередь у человека).

Для Казахстана вопрос радиационного мониторинга имеет существенное значение. Как отмечено в статье 3.3.2. радиоактивное загрязнение Указа президента РК от 03.12.2003 N 1241 "О концепции экологической безопасности РК 2004--2015 годы", серьезную реальную угрозу экологической безопасности Казахстана представляет радиоактивное загрязнение, источники которого подразделяются на четыре основные группы:

- отходы неработающих предприятий уранодобывающей и перерабатывающей промышленности (отвалы урановых рудников, самоизливающиеся скважины, хвостохранилища, демонтированное оборудование технологических линий);

- территории, загрязненные в результате испытаний ядерного оружия;

- отходы нефтедобывающей промышленности и нефтяного оборудования;

- отходы, образовавшиеся в результате работы ядерных реакторов, и радиоизотопная продукция (отработанные источники ионизирующего излучения).

В Казахстане имеются шесть крупных ураноносных геологических провинций, множество мелких месторождений и рудопроявлений урана, которые обусловливают повышенный уровень естественной радиоактивности, отходы, накопленные на уранодобывающих предприятиях и в местах проведения ядерных взрывов.

На 30 % территории Казахстана существует потенциальная возможность повышенного выделения природного радиоактивного газа - радона, который представляет реальную угрозу для здоровья человека. Опасным является использование для питьевых и хозяйственных нужд воды, зараженной радионуклидами.

На предприятиях Казахстана находится более 50 тысяч отработанных источников ионизирующих излучений, и при радиационном обследовании было обнаружено и ликвидировано более 700 неконтролируемых источников, из которых 16 - смертельно опасные для человека.

Для предотвращения угрозы радиоактивного заражения населения и загрязнения окружающей среды необходимо: завершить работы по инвентаризации радиоактивных источников загрязнения и разработать программу, включающую изучение отрицательного воздействия естественной радиоактивности на здоровье населения, а также принять ограничительные меры при выборе площадок под строительство и использовании естественных строительных материалов; проводить контроль радиоактивного загрязнения природных источников питьевой воды и в рамках утвержденной Программы ликвидации и консервации нефтяных и самоизливающихся гидрогеологических скважин ликвидировать гидрогеологические скважины с высоким содержанием радионуклидов; разработать меры по своевременному информированию населения об опасности повышенного радиационного облучения; завершить к 2005 году работу по инвентаризации и оценке воздействия на окружающую среду и здоровье населения отвалов уранодобывающей промышленности в рамках Программы по ликвидации радиоактивных отвалов уранодобывающей промышленности.

Комплексное решение проблемы должно включать создание специализированной организации по переработке и захоронению радиоактивных отходов. Результатом проведения данных мероприятий будет снижение облучения населения и радиоактивного загрязнения окружающей среды.

Определенную опасность представляет возможность неконтролируемого переноса материалов опасных в радиационном отношении под действием ветра, например породы хвостохранилищ, и воды, например вынос радионуклидов на дневную поверхность из разрушенных штолен, в которых проводились ядерный взрывы на Семипалатинском ядерном полигоне. К сожалению, практические системы радиационного мониторинга трудоемки и дороги, поэтому, как правило, непрерывность получения информации о радиационном состоянии на больших площадях, где возможно изменение радиационной обстановки проводятся эпизодически и не дают полной картины протекающих процессов.

Часто, говоря о радиационном мониторинге, подразумевают под этим систему радиационного контроля на предприятии, при грузоперевозках и т.д. системы такого рода обычно автоматизированы, их действие может быть автоматическим и непрерывным. На рисунке 10 - показана схема подобной автоматизированной системы. Эти системы не только информационные. Таким системам может быть представлена оценка и, даже, принятие решений.



Рисунок 10 - Автоматизированная система радиационного контроля

Данные измерений, полученные по проводной или беспроводной системе поступают в базу данных ПК,

Автоматизированная система радиационного мониторинга - это универсальное решение задач радиационного контроля на контрольно-пропускных пунктах объектов и в зонах досмотра, а также обеспечение радиационного мониторинга технологических процессов предприятий.

Система является эффективным средством борьбы с угрозой намеренного загрязнения территории объекта радиоактивными веществами и облучения персонала. Система интегрируется в комплексные системы безопасности

Область применения таких систем достаточно широка, это:

- радиационный мониторинг важных государственных объектов и режимных производств;

- радиационный контроль в аэропортах, ж/д вокзалах, метрополитене и других местах большого скопления людей наиболее привлекательных для проведения террористических актов;

- радиационный мониторинг на важных государственных объектах (таможенных, военного назначения и других);

- радиационный контроль продукции металло-перерабатывающих комбинатов, промышленных предприятий и других производств;

- учет и контроль ядерных материалов на предприятиях ядерно-топливного цикла, а также при решении других подобных задач.

8.1 Радиационная разведка

Радиационная разведка - важная составная часть мероприятий, проводимых при чрезвычайных ситуациях, связанных с возможным поступлением расщепляющихся материалов в окружающую среду. Радиационная разведка определяет границы зон радиоактивного загрязнения (на местности, объектах и др.) и зон с различными уровнями зараженности. В армии и гражданской обороне осуществляется специальными подразделениями.

Радиационная разведка решает следующие задачи:

- обнаружение загрязнения местности и приземного слоя воздуха радиоактивными веществами и передача информации об этом руководителю работ;

- определение мощности дозы гамма-излучения на маршрутах движения и обозначение границ зон радиоактивного загрязнения;

- отыскивание (при необходимости) путей обхода для преодоления загрязненных участков;

- контроль за динамикой изменения радиационной обстановки;

- взятие проб воды, продовольствия, растительности, грунта, объектов техники, имущества и отправка их в лаборатории;

- метеорологическое наблюдение;

- дозиметрический контроль личного состава после выхода из зоны радиоактивного загрязнения;

При организации радиационной разведки необходимо учитывать обстановку, которая может сложиться в районах проведения работ при изменении внешних условий (направление ветра и т.д.) или в случае повторного радиоактивного загрязнения. Для наблюдения за радиационной обстановкой на объектах проведения работ создаются посты радиационного наблюдения, основными задачами которых являются:

- своевременное обнаружение радиоактивного загрязнения и подача сигналов оповещения;

- определение направления движения облака радиоактивного вещества;

- разведка участков, загрязненных радиоактивными веществами в районе поста, а также метеорологическое наблюдение.

Пост радиационного наблюдения состоит, как правило, из трех человек. Он оснащается измерителями дозы излучения ДП-5 (А, Б, В), ДРГ-01Т и т.д., метеокомплектом № 3, индивидуальными измерителями мощности дозы излучения ИД-11 (ДКП-02 и т. д.), измерителями дозы излучения ИД-1, секундомером, средствами оповещения и связи, журналом для записи параметров радиационной обстановки, комплектом оборудования для взятия проб воздуха.

8.2 Биотестирование радиоактивных загрязнений

В последние десятилетия во многих странах биотестирование стало общепризнанным способом контроля качества водной среды при возможном поступлении различных токсикантов. Свойства воды в природе как объекта потребления определяются, наряду с химическим составом, присутствием в ней живых организмов (гидробионтов). С биологической точки зрения чистая нетоксичная вода - это вода, в которой нормально протекают биологические процессы полезных человеку гидробионтов (т.е. организмов, обеспечивающих чистоту воды). Биологическим критерием токсичности является сохранность видов и качества потомства. Этот критерий токсичности особенно важен при малых дозах токсических веществ. Испытания, выполняемые по определенной схеме и в определенных условиях, заключаются в определении действия того или иного вещества (или смеси веществ) на водные организмы (или их сообщества) путем регистрации изменения одного или нескольких биологических (или физиолого-биохимических) показателей состояния тест объектов.

С точки зрения эколога результаты определения концентрации токсических веществ имеют относительную ценность. В конечном счете, важно знать не уровни загрязнения, а вызванные ими изменения в биологических организмах. Однако, даже самый точный и совершенный химический анализ не может дать информацию об этих эффектах. К тому же, большинство известных токсических веществ, обладая однонаправленным механизмом действия на человека, проявляет суммарный токсический эффект. Известны случаи токсикологического синергизма. Широко применяемый гидрохимический анализ показывает лишь конкретную точку на шкале концентраций химического соединения, учитывается лишь одно отдельно взятое химическое вещество, а не комбинированное действие их большого числа. Только регистрация соответствующих аномальных состояний организма, популяции или сообщества позволяет судить о качестве водной среды с биологических позиций. Особенность информации с применением тест организмов состоит в интегральном отражении всей совокупности свойств испытуемой среды с позиций восприятия их живыми объектами. С известной степенью условности можно говорить о моделировании биотестовой системой некоторых форм восприятия экологической ситуации человеком, в частности, реакцией на одновременное воздействие нескольких вредных факторов на преобладающем благоприятном фоне, реакцией адаптационного типа.

Основное назначение биотестов - быстрая интегральная оценка экологической ситуации. Если она имеет отклонение от нормального состояния, то детальный анализ и выявление опасных компонентов необходимо продолжить специальными анализаторами. Целесообразно дополняя друг друга, биотестовые и физико-химические средства могут значительно повысить эффективность контроля за счет снижения стоимости комплексного анализа, увеличения его оперативности.

Биотест как экспериментальная оценка состояния окружающей среды по реакции живого организма известен с давних пор. Как бы ни был совершенен тот или иной прибор для определения вредных примесей, он не может сравниться по сложности и точности реагирования на токсическую примесь с живым организмом, механизмы взаимодействия которого со средой формировались на протяжении многих миллионов лет и поколений в процессе эволюционного развития. В то же время биотестирование не отменяет систему традиционных аналитических и аппаратурных методов контроля качества компонентов ландшафта, а лишь дополняет ее важными биологическими показателями.

Необходимость такого дополнения диктуется несколькими обстоятельствами. Одно из них связано с тем, что даже самые совершенные современные методы аналитического контроля не обеспечивают определения в окружающей среде всех загрязняющих веществ. Из многих тысяч загрязнителей достоверно определяются лишь десятки, в лучшем случае сотни, компонентов загрязнения. Однако, даже если бы удалось получить исчерпывающую информацию о химическом составе всех экотоксикантов, остался бы нерешенным самый главный вопрос - степень опасности измеренных уровней загрязнения для жизни в данной среде обитания.

Такибаев Ж.С. и Ветринская Н.И. предлагают использовать для биотестирования биологического качества природных вод геоландшафтов, подвергшихся значительным техногенным нагрузкам, включая радиационные, изменение ионной проницаемости мембран растительных клеток. Этот метод может использоваться в комплексе с другими методами как экспрессный метод при мониторинге качества природных вод, а также в инспекционных целях. Надежность экспрессного определения биологического качества воды подтверждена многолетними экспериментами.

В качестве тест-объекта ими была выбрана часто используемая для этих целей элодея, а полученные результаты сопоставлялись с данными долговременных экспериментов. Элодея - одно из самых распространенных высших водных растений пресных водоемов. В экспериментальной водной токсикологии элодея - тест-объект для оценки токсичности водной среды по движению хлоропластов в листьях и по угнетению ростовых процессов. Элодея (Elodea canadensis Rich.) относится к отряду Angiospermae, классу Munocoty-ledoneae, порядку Helobial, семейству Hydrocharitaceae.

В качестве тест-функции авторы использовали биофизический процесс - ионную проницаемость мембран клеток. Выбор тест - функции обусловлен тем, что в экспериментальных условиях при различных воздействиях, в первую очередь, нарушается транспортная функция мембран, что возможно зарегистрировать почти сразу после воздействия. В долговременных экспериментах использовалась другая тест-функция - угнетение ростовых процессов. В экспериментах они использовали молодые части растений длиной 4-5 см, инкубируемые в токсичной воде, пробы которой отбирались в на участке Дегелен, из штолен, в которых проводились ядерные испытания.

Инкубация растений в отобранных пробах проводилась в течение 1, 6, 10 суток. Затем растения отмывались и помещались в дистиллированную воду. Через 30 минут, 1 - 24 часа в воде с растениями измерялась электропроводность, изменяющаяся за счет электролитов, выходящих из клеток элодеи в дистиллированную воду. Показателем токсичности принималось отношение величины электропроводности в опыте к величине электропроводности в контрольном эксперименте (оп/контр). В долгосрочных экспериментах элодея выдерживалась в токсичной воде 60 суток. Проводились наблюдения за физиологическим состоянием растений, интенсивностью роста на 1-ые, 10, 60 сутки.

Результаты экспериментов показали, что уже после односуточного инкубирования растений в токсичной воде нарушается функция мембран клеток элодеи. При кратковременном инкубировании в токсичной воде из штолен, загрязненных радионуклидами, (сроком до 1 суток) растения способны восстановить физиологические процессы до первоначального уровня очень быстро, практически в течение суток, а при больших сроках инкубации, для восстановления требуется более длительное время или они нарушаются необратимо.

Результаты экспрессного определения степени токсичности (время определения - 1 сутки) подтверждаются долгосрочными экспериментами (60 суток инкубации), где значительные морфологические изменения произошли в тех случаях, где ранее была зарегистрирована высокая степень токсичности - рисунок 11, и, напротив, никаких изменений по сравнению с контролем не обнаружено в тех случаях, где была зарегистрирована низкая степень токсичности - рисунок 12.

По результатам экспериментов авторы сделали выводы, что нарушения ионной проницаемости мембран клеток элодеи проявляются в возрастании степени токсичности, что возможно зарегистрировать после кратковременной инкубации растений (1 сутки) через 30 минут после воздействия токсичной воды. Применение подобного метода биотестирования позволяет использовать его как экспресс-метод для определения биологического качества анализируемой воды.

Метод позволяет проводить серийные наблюдения одновременно в большом количестве проб. К достоинствам метода следует отнести также простоту измерений, небольшую стоимость стандартной аппаратуры. В комплексе с другими методами он может использоваться как экспресс-метод при мониторинге качества природных вод в экологическом радиационном аспекте.



Рисунок 11 - Элодея. 60 суток в токсичной воде из штольни с высоким содержанием радионуклидов (по Такибаеву Ж.С. с соавторами)

Тестирование качества природной среды применяется достаточно широко, при этом в качестве тест-объектов применяются различные объекты. Существуют стандартные методики, как например:

- «Методика определения токсичности воды по смертности и изменению плодовитости дафний» (ПНД Ф Т 14.1:2:3:4.3-99).

- СТ РК 17.1.4.02-96 “Охрана природы. Гидросфера. Методика определения острой токсичности воды на цериодафниях".

- СТ РК 17.1.4.03-96 “Охрана природы. Гидросфера. Методика определения острой токсичности воды на водорослях" и др.

- СТ РК 17.1.4.04-98 “Охрана природы. Гидросфера. Методика определения острой токсичности воды на инфузориях".

- Методические рекомендации по определению токсичности проб воды экспресс методом на приборе "Биотестер-2" с использованием парамеций. Алма-Ата, 1995.



Рисунок 12 - Элодея. 60 суток в токсичной воде из штольни с низким содержанием радионуклидов (по Такибаеву Ж.С. с соавторами)

- Пожаров А.В., Папутская Н.И., Титаренко Ю.Н., Лебедев В.Ф., Захаров И.С. Метод биотестирования по хемотаксической реакции парамеций.//Методы биотестирования вод. Черноголовка, 1988. С.99-102.

Биотестирование следует рассматривать как введение в более тщательный и всесторонний анализ химического состава исследуемых объектов. Главная задача, которую решает биотестирование, заключается в получение быстрого и достаточно дешевого ответа - есть или нет токсичность в исследуемой среде.

9. Радиационная безопасность

Радиационная безопасность включает комплекс мероприятий при работе с применением радиоактивных веществ и других источников ионизирующих излучений, обеспечивающий снижение суммарной дозы от всех видов ионизирующего излучения до предельно допустимой дозы (ПДД). Радиационная безопасность - состояние защищенности жизненно важных интересов и прав личности, общества от радиационных влияний, превышающих допустимые уровни, возникающих в результате антропогенных и природных воздействий на окружающую среду.

Источники ионизирующего излучения могут быть закрытыми и открытыми. Закрытый источник излучения по своему устройству (герметичные источники радиоактивного излучения, рентгеновские установки, ускорители и т.п.) исключает попадание радиоактивных веществ (РВ) в окружающую среду. При работе с закрытыми источниками на организм воздействует только внешнее излучение. Снижение дозы внешнего облучения обеспечивается минимально необходимым временем работы в поле излучения, максимально возможным расстоянием от источника до объекта облучения и экранированием либо источника излучения, либо объекта облучения.

При работе с открытыми источниками возникает опасность попадания РВ через органы дыхания, пищеварительный тракт и через кожный покров внутрь организма, т. е. возникает опасность внутреннего облучения. Для снижения дозы внутреннего облучения принимают меры к уменьшению количества попадающих в организм РВ, включающие герметизацию технологического оборудования и рабочих мест, устройство фильтров на вытяжных системах вентиляции, рациональную планировку, использование индивидуальных средств защиты и соблюдение правил радиационной гигиены.

Во всех учреждениях, где проводятся работы с применением РВ и других источников ионизирующих излучений, службой радиационной безопасности осуществляется радиационный контроль, цель которого - следить за соблюдением норм радиационной безопасности, выполнением санитарных правил и получать информацию о дозах облучения персонала и отдельных лиц из населения на территории наблюдаемой зоны.

Служба радиационной безопасности, в зависимости от характера работ, осуществляет контроль: за мощностью дозы всех видов ионизирующего излучения (за исключением ультрафиолетового) на рабочих местах, в смежных помещениях, в санитарно-защитной зоне и на территории наблюдаемой зоны; за уровнем загрязнения радиоактивными веществами рабочих помещений, одежды и кожного покрова персонала, объектов внешней среды за пределами учреждения; за сбором и удалением твёрдых и жидких радиоактивных отходов; за выбросом РВ в атмосферу; за уровнем облучения персонала и отдельных лиц из населения на территории наблюдаемой зоны. В зависимости от характера работ индивидуальный контроль включает измерение доз внешнего -излучения, нейтронов, рентгеновского и -излучений, а также контроль за содержанием РВ в организме или в отдельном органе.

Исходя из возможных генетических и соматических последствий действия ионизирующих излучений на организм и учитывая численность отдельных групп населения, нормами радиационной безопасности были установлены следующие категории облучаемых лиц и ПДД для них: категория «А» (персонал) - 5 бэр в год для всего организма, гонад и кроветворных органов; категория «Б» (отдельные лица из населения) -- годовой предел дозы не должен превышать 0,5 бэр для всего тела, гонад и кроветворных органов; категория «В» (население в целом), с оценкой генетических последствий облучения -- генетически значимая доза не должна превышать 5 бэр за 30 лет. В эти предельные значения доз облучения не входят возможные дозы облучения, обусловленные медицинскими процедурами и естественным радиационным фоном. НРБ регламентируют также содержание РВ в воде, в атмосферном воздухе и воздухе рабочих помещений. Нормы радиационной безопасности и санитарные правила работы с радиоактивными веществами, разработаны в соответствии с рекомендациями Международной комиссии по радиационной защите (МКРЗ).

9.1 Принципы, методы и средства защиты от радиации

Радиационная защита (противолучевая) защита - комплекс методов и средств, направленных на обеспечение безопасных условий труда персонала и жизни населения в условиях возможного воздействия ионизирующего излучения. Методы и средства защиты зависят от характера работы, условий применения радиоактивных веществ и источников ионизирующего излучения. Они включают:

- организационные мероприятия (выполнение требований безопасности при размещении предприятий, устройстве рабочих помещений и организации рабочих мест при работе с закрытыми и открытыми источниками, при транспортировке, хранении и захоронении радиоактивных веществ, проведение дозиметрического контроля);

- медико-профилактические мероприятия (сокращенный рабочий день, дополнительный отпуск, спецпитание, профилактические медосмотры);

- инженерно-технические методы и средства (защита временем и расстоянием, защитное экранирование, применение средств индивидуальной защиты и др.).

Радиационная защита достигается:

- нераспространением ядерного оружия и радиоактивных материалов;

- строгим контролем со стороны государства и Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) над производством, использованием и перемещением радиоактивных материалов;

- соблюдением международных договоров о запрещении и нераспространении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космическом пространстве и под водой;

- разработкой научно-обоснованных правил и норм безопасности при работе с источниками излучений;

- профессиональным отбором и высоким уровнем подготовки персонала радиационно-опасных объектов;

- соблюдением правил транспортировки и хранения радиоактивных материалов, обращения с ними;

- обеспечением высокой эксплуатационной надежности ядерных реакторов и установок;

- разработкой планов по защите персонала и населения в случае аварий на радиационно-опасных объектах;

- использование эффективных мер защиты при работе с источниками ионизирующего излучения;

- контролем за соблюдением требований безопасности при работе с радиоактивными веществами;

- дезактивацией местности, транспорта, зданий, объектов окружающей среды, санитарной обработкой людей в случае радиационной аварии;

- соблюдением мер предотвращения загрязнения окружающей среды при разработке рудников и переработке радиоактивных руд;

- соблюдением правил захоронения радиоактивных отходов.

Основные способы защиты персонала при использовании потенциально-опасных источников облучения, а также населения в случае радиационной аварии включают:

- защиту расстоянием;

- защиту временем;

- экранирование источника ионизирующего излучения;

- герметизацию оборудования;

- применение индивидуальных средств защиты;

- соблюдение правил личной гигиены;

- использование радиопротекторов;

- санитарную обработку людей;

- дезактивацию местности, оборудования, помещений, одежды и др.;

- радиационный и медицинский контроль.

Защита расстоянием является наиболее эффективным методом защиты при радиационных авариях, ядерных взрывах, когда население эвакуируется в безопасные районы. В ряде случаев защита расстоянием позволяет в мирное время избежать устройств защитных экранов. Так, увеличить расстояние от источника излучения до человека можно с помощью дистанционного оборудования- манипуляторов, специальных захватов и др.

Основным мероприятием по защите населения от воздействия ионизирующего излучения является зонирование территории вне потенциально-опасного промышленного предприятия, вокруг которого создают санитарно-защитную зону и зону наблюдения.

Санитарно-защитная зона - территория вокруг возможного источника радиоактивных выбросов, на которой уровень облучения может превышать предельно допустимый. Критерием для определения размеров защитной зоны служат пределы годового поступления радиоактивных веществ через органы дыхания и пищеварения и предел дозы внешнего облучения для категории Б, а также допустимая концентрация радиоактивных веществ в атмосфере и воде. В этой зоне устанавливается режим ограничений и проводится радиационный контроль.

Зона наблюдения - территория, на которой возможно влияние радиоактивных выбросов предприятия и облучение проживающего населения может достигнуть установленного предела дозы. На территории зоны наблюдения, которая по площади в 3-4 раза больше санитарно-защитной зоны, также проводится радиационный контроль. Для предприятий атомной промышленности и ядерной энергетики санитарно-защитная зона устанавливается специальными нормативными актами.

Защита временем имеет целью ограничить время пребывания человека в радиационной обстановке. Такой способ защиты применяется при ремонтных и аварийных работах, а также при посещении необслуживаемых помещений с достаточно высоким уровнем радиации. При защите временем обязательно проводится индивидуальный дозиметрический контроль

Защита от внутреннего облучения основана на исключении попадании радиоактивных веществ в организм человека различными путями. С этой целью работа или контакт с ними разрешается при наличии средств индивидуальной защиты (респиратора, противогаза, спецодежды и очков), использовании защитных вытяжек, боксов и устройств мощной вентиляции, обеспечивающей 5-10 кратный объем воздуха за 1 час.

Защита экранированием используется при значительной активности радиоактивного источника. Под термином «экран» понимают различные передвижные или стационарные конструкции, предназначенные для поглощения или ослабления ионизирующего излучения. Экранами служат также стенки контейнеров для перевозки и хранения радиоактивных материалов.

Выбор материала для защитного экрана производится с учетом преобладающего вида излучения, активности источника, расстояния и др.

Для защиты от альфа- излучения достаточен слой воздуха в несколько сантиметров. Можно применять в случае необходимости экраны из обычного стекла, плексигласа, защитную одежду из хлопчатобумажной ткани и резиновые перчатки.

Экраны для защиты от бета - излучения изготавливают из материалов с малой атомной массой (алюминий, плексиглас, карболит и др.), которые дают наименьшее тормозное излучение. Применяют также комбинированные экраны, у которых со стороны источника располагают с малой атомной массой, а за ним - с большой. Возникающие в материале внутреннего экрана (толщину которого принимают равной длине пробега бета-частиц) кванты электромагнитного излучения с малой энергией поглощаются в дополнительном экране с большой атомной массой (свинец, вольфрам и др.).

Для защиты от гамма-излучений применяют материалы с большой атомной массой и высокой плотностью или более легких, но менее дефицитных и более дешевых материалов - стали, чугуна, сплавов меди. Стационарные экраны изготавливают из бетона. Для изготовления смотровых систем используют стекло с жидким наполнителем (бромистым и хлористым цинком), свинцовое стекло и т.д. Экраны для защиты от нейтронного излучения изготавливают из материалов, содержащих водород (вода, парафин), бериллия, графита и др.