Естественные источники ионизирующих излучений и их роль в радиоактивном загрязнении внешней среды

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

ФГБОУ ВПО МГАВМиБ

Факультет ветеринарной медицины

КАФЕДРА ПАТОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИОЛОГИИ

РЕФЕРАТ

По дисциплине: «Ветеринарная радиобиология»

На тему: «Естественные источники ионизирующих излучений и их роль в радиоактивном загрязнении внешней среды»

Выполнил: студент 3 курса 8 группы

Факультета ветеринарной медицины

Шелякина Мария Александровна

Москва 2015 г.



Ионизирующие излучения, происхождение которых связано с естественными радионуклидами создают естественный (природный) радиационный фон. Все живые существа, населяющие нашу планету в том числе и человек, развиваются в условиях постоянного воздействия различных естественных источников ионизирующих излучений. Естественный радиационный фон есть неотъемлемый фактор окружающей среды, такой же, как температура, кислород, азот, атмосферное давление.

Очевидно, естественный радиационный фон играет существенную роль в жизнедеятельности человека, как и все вещества окружающей среды, с которыми организм находится в состоянии непрерывного обмена. Есть основания полагать, что в отсутствии естественного радиационного фона по-другому протекали бы процессы в живом организме, да и эволюционное развитие жизни на Земле могло бы пойти по иному пути.

Роль естественного радиационного фона в жизни организмов, населяющих Землю, ещё до конца не выяснена. Но поскольку эволюционное развитие шло по восходящей линии, несомненно, что в условиях естественного фона обеспечиваются оптимальные условия для жизнедеятельности растений, животных и человека.

Важными особенностями естественного фона являются два следующих обстоятельства:

• он действует на всё население Земли,

• уровень его воздействия сохраняется приблизительно постоянным.

К естественным источникам ионизирующего излучения относятся: космическое излучение и естественные радиоактивные вещества, распределенные на поверхности и в недрах Земли, в атмосфере, воде, растениях и организме всех живых существ, населяющих нашу планету.

Радиоактивность - самопроизвольное превращение (распад) ядер элементов, приводящее к изменению их атомного номера или массового числа.

Радиоактивное излучение как самопроизвольное испускание лучей - это естественный процесс, существовавший задолго до образования Земли.

Радиоактивное излучение является частью более общего понятия - ионизирующее излучение.

Ионизирующее излучение - это поток корпускулярной (б-частиц, электронов, протонов, нейтронов и др.) и (или) электромагнитной (рентгеновские, г-лучи) энергии, связанной с прямым или косвенным возникновением ионов.

Радиоактивные препараты испускают б- и в-частицы, г- и тормозное излучение и нейтроны.

Вот уже более 100 лет с момента случайных открытий Вильгельмом Рентгеном рентгеновских лучей в 1885 г. и Анри Беккерелем самопроиз­вольного излучения урана в 1886 г. ядерные исследования стали важнейшим направлением науки, а радио-нуклиды нашли применение в самых различных сферах деятельности людей.

б-лучи были идентифицированы как ядра атома гелия, в-лучи пред­ставляют поток электронов, а г-лучи - это поток квантов большой энергии, характеризуемых частотой соответствующего волнового процесса.

г-лучи отличаются от рентгеновских, возникающих при торможении быстрых электронов в рентгеновских трубках и ускорителях, лишь механизмом образования. Основными свойствами ионизирующих излучений явля­ются проникающая и ионизирующая способность.

Проникающая способность характеризуется путем пробега частицы в среде. Она максимальна для г-лучей и минимальна для б-лучей.

Ионизирующая способность характеризует количество ионов, обра­зующихся при движении частицы в среде на единицу расстояния. Она, на­против, максимальна для тяжелых б-частиц и минимальна для г-излучения.

Чистые радиоактивные элементы испускают б- или в-лучи, сопрово­ждаемые чаще всего г-излучением. Испускание только г-лучей наблюдается редко.

Интенсивность радиоактивного распада характеризуется активностью.

Активность - это величина, характеризующаяся числом радиоактивных распадов в единицу времени.

dN

A = - ---- = лN,

dt

где:

А - активность, расп/сек;

N - число ядер;

л- постоянная распада, характеризующаяся вероятность распада ядра атома нуклида в единицу времени.

Nt = N0· exp (-лt)

где: N0и Nt - число радиоактивных ядер в начальный момент времени и через время t соответственно. В связи с уменьшением со временем числа ядер активность также уменьшается.

Единица активности в системе СИ - Беккерель:

1 Бк = 1 расп/сек

Внесистемная единица активности - активность, создаваемая 1 г ра­дия, называет-ся Кюри:

1 Ки = 3,7 · 1010 расп/сек

Космическое излучение

Различают первичное и вторичное космическое излучение.

Первичное космическое излучение представляет собой поток частиц высокой энергии, попадающих в земную атмосферу из межзвездного пространства. Оно состоит в основном из протонов (90%) и ?-частиц (около 10%). В меньших количествах (около 1%) присутствуют нейтроны, фотоны, электроны и ядра легких элементов: лития, бериллия, бора, углерода, азота, кислорода, фтора.

Большая часть первичного космического излучения возникает в пределах нашей Галактики при звездных взрывах и образовании сверхновых звезд. Это так называемое галактическое космическое излучение. Кроме того при солнечных вспышках возникает солнечное космическое излучение.

Вторичное космическое излучение имеет сложный состав и состоит практически из всех известных в настоящее время элементарных частиц (протонов, нейтронов, электронов, фотонов и др.). Оно образуется в результате взаимодействия частиц первичного космического излучения с ядрами нуклидов, входящих в состав воздуха. При этом возникает вторичное излучение и образуются новые радиоактивные ядра.

Максимальная интенсивность вторичного космического излучения наблюдается на высоте 20-25 км. С уменьшением высоты его интенсивность падает и достигает минимума на уровне моря. Наибольшему облучению от космического излучения подвергаются экипажи и пассажиры самолетов (до 40 мкЗв/час), хотя само облучение кратковременно.

Другой группой естественных радионуклидов, присутствующих в окружающей среде, являются радионуклиды земного происхождения. Источником их поступления является земная кора. В свою очередь, естественные радионуклиды земного происхождения подразделяются на радионуклиды, относящиеся к радиоактивным семействами, и радионуклиды из средней части периодической системы элементов.

Все радионуклиды земного происхождения рассеяны в земной коре.

Радиоактивные семейства.

Ядра всех элементов с порядковым номером Z>82 радиоактивны. Они образуют длинные цепочки радионуклидов, где каждый последующий нуклид есть продукт распада предыдущего. Такие совокупности радионуклидов получим название радиоактивных семейств. В природе существует три радиоактивных семейства:

• Семейство урана - радия (родоначальник - радионуклид 238₉₂U с периодом полураспада T_1/2 около 4.51Ч10⁹лет);

• Семейство тория - (родоначальник - радионуклид 232₉₀Th с периодом полураспада T_1/2 около 1.41Ч10¹⁰лет);

• Семейство актиния - (родоначальник радионуклид 235₉₂U с периодом полураспада T_1/2 около 7.07Ч10⁸лет).

Конечный продукт распада у всех трех семейств - один из стабильных изотопов свинца.

Радон и продукты его распада.

Во всех трех семействах один из продуктов распада представляет собой инертный газ, который называется радоном. Вернее, в каждом из семейств образуется изотоп радона. Именно вследствие наличия газообразного радона в радиоактивных семействах продукты в его распада (следующие за радоном), содержатся во всех средах - воздухе, водоемах, почве

При распаде 238U и 232Th образуется изотопы газа радона с атомной массой 222 и 220, которые через поры и трещины земной поверхности непрерывно выходят в атмосферу и, распадаясь, порождают новые, переходящие в друг друга радионуклиды.

Земля на которой стоят дома, и сам строительный материал - является источниками радона. Его концентрация в наружном воздухе различается для разных точек земного шара от 1-2 Бк/м³ до 10000 Бк/м³ и более.

Как ни парадоксально может показаться на первый взгляд, но основную часть дозы облучения от радона человек получает находясь в закрытом непроветриваемом помещении. В зонах с умеренным климатом концентрации радона в закрытых помещениях в среднем примерно в 8 раз. выше, чем в наружном воздухе.

Герметизация помещения только усугубляет положение, поскольку при этом еще более затрудняется выход радона из помещения. Самые распространенные материалы: дерево, кирпич и бетон - выделяют относительно немного радона. Гораздо большей удельной активности обладает гранит и пемза (используется в СНГ и Германии). В связи обнаруженной радиоактивностью к середине 70-х. годов изменения некоторых строительных материалов (глиноземов) силикатного шлака (фосфогипса) доменного шлака и др. в мире было резко сокращено.

Главный источник радона в закрытых помещениях это грунт. Однако, содержание радона в строительных материалах также может оказаться очень высоким. Поэтому требованиями HPБ-99 (п 5.3) ограничено использование стройматериалов, выделение радона которыми превышает установленные нормативы.

Основные радионуклиды из средней части периодической системы - это встречающийся в породах Земли - калий-40, рубидий-87 и др.

Значение калия-40 особенно велико для обитателей почвы - микрофлоры, корней растений, почвенной фауны. Соответственно заметно его участие во внутреннем облучении организма, его органов и тканей поскольку калий является незаменимым в ряде метаболических процессов.

В среднем облучение от этой группы земных радионуклидов составляет от 0.3 до 0.6 мЗв/год.

Заметная часть эффективной дозы облучения, которую человек получает от естественных источников формулируется от радионуклидов, проходящих через сложную систему так называемых биологических цепочек.

Дополнительно воздействие природной радиации связано с некоторыми видами деятельности человека:

Использование ископаемых видов топлива. Уголь содержит незначительное количество природных радионуклидов, которые после его сжигания концентрируется в зольной пыли и поступает в окружающую среду с выбросами, несмотря на совершенствование систем отчистки.

Использование фосфатов. Добыча фосфатов, которые используются главным образом для производства удобрений, ведется во многих местах. Большинство разрабатываемых в настоящее время месторождений содержит уран. В процессе добычи и переработки выделяется радон, да и сами удобрения содержат радионуклиды, проникающие в почву и далее в биологические цепочки.

Использование термальных водоемов. Некоторые страны эксплуатируют подземные ресурсы пара и горячей воды для производства электроэнергии и теплоснабжения. При этом происходит значительное поступление радона в окружающую среду. Вклад этого источника ионизирующего излучения может возрасти, поскольку энергетические ресурсы этого вида велик.

Естественные источники ионизирующих излучений роль в радиоактивном загрязнении внешней среды

Космическое излучение - это ионизирующее излучение, непрерывно падающее на поверхность земли из мирового пространства (первичное космическое излучение) и образующееся в земной атмосфере в результате взаимодействия первичного космического излучения с атомами воздуха (вторичное космическое излучение).

Первичный компонент космических лучей образуется вследствие извержения и испарения материи с поверхности звезд и туманностей космического пространства. Он состоит в основном из ядер легких атомов: водорода -- протонов (79%), гелия -- б-частиц (20%), лития, берилия, бора, углерода, азота, кислорода и других элементов, большинство из которых обладают очень высокой энергией. Такие большие энергии первичные космические частицы приобретают за счет ускорения их в переменных электромагнитных полях звезд, многократного ускорения в магнитных полях облаков космической пыли межзвездного пространства и в расширяющихся оболочках новых и сверхновых звезд. Однако лишь немногие частицы достигают поверхности земли, так как они взаимодействуют с атомами воздуха, рождая потоки частиц вторичного космического излучения. Поэтому основную массу космических лучей, достигающих поверхности земли, составляет вторичное космическое излучение.

Вторичное космическое излучение очень сложно и состоит из всех известных в настоящее время элементарных частиц и излучений. Для оценки биологического воздействия (расчета дозы космического излучения) вторичное космическое излучение можно разделить по уровню энергии и составу на четыре компонента:

1) мягкий, или малопроникающий, компонент объединяет электроны, позитроны, г-кванты и частично быстрые протоны с энергиями порядка 100 МэВ;

2) жесткий, или сильнопроникающий, -- состоит в основном из м±-мезонов с энергиями порядка 600 МэВ, небольшого количества сверхбыстрых протонов, с энергией более 400 МэВ, б-частиц и незначительного количества р±-мезонов;

3) сильноионизирующий -- содержит продукты ядерных расщеплений: протоны, б-частицы, дейтроны, тритоны и более тяжелые осколки ядер с энергией 10--15 МэВ

В настоящее время основными источниками радиоактивного загрязнения окружающей среды являются:

урановая промышленность, которая занимается добычей, переработкой, обогащением и приготовлением ядерного топлива. Основным сырьем для этого топлива является уран-235. Аварийные ситуации могут возникнуть при изготовлении, хранении и транспортировке тепловыделяющих элементов (твэлов). Однако вероятность их незначительная;

ядерные реакторы разных типов, в активной зоне которых сосредоточены большие количества радиоактивных веществ;

радиохимическая промышленность, на предприятиях которой производится регенерация (переработка и восстановление) отработанного ядерного топлива. Они периодически сбрасывают сточные радиоактивные воды, хотя и в пределах допустимых концентраций, но тем не менее в окружающей среде неизбежно могут накапливаться радиоактивные загрязнения. Кроме того, некоторое количество радиоактивного газообразного йода (йод-131) все-таки попадает в атмосферу;

места переработки и захоронения радиоактивных отходов из-за случайных аварий, связанных с разрушением хранилищ, также могут явиться источниками загрязнения окружающей среды;

использование радионуклидов в народном хозяйстве в виде закрытых радиоактивных источников в промышленности, медицине, геологии, сельском хозяйстве и других отраслях. При нормальном хранении и использовании этих источников загрязнение окружающей среды маловероятно. Однако в последнее время появилась определенная опасность в связи с использованием радиоактивных источников в космических исследованиях и астронавтике. При запуске ракет-носителей, а также при посадке спутников и космических кораблей возможны аварийные ситуации. Так, при аварки Челенджера (США) сгорели радионуклидные источники тока, работающие на стронции-90. Также произошло загрязнение атмосферы над Индийским океаном в июне 1969 г., когда сгорел американский спутник, на котором генератор тока работал на плутонии-238. Тогда в атмосферу попали радионуклиды с активностью 17 тыс. кюри.

Вместе с тем наибольшее загрязнение окружающей среды все же создает сеть радиоизотопных лабораторий (которые имеются в очень многих странах мира), занимающихся использованием радионуклидов в открытом виде для научных и производственных целей. Сбросы радиоактивных отходов в сточные воды даже при концентрациях, меньше допустимых, с течением времени приведут к постепенному накоплению радионуклидов во внешней среде; ионизирующий излучение окружающий среда

ядерные взрывы и возникающее после взрыва радиоактивное загрязнение местности (могут быть как локальные, так и глобальные выпадения радиоактивных осадков). Масштабы и уровни радиоактивных загрязнений при этом зависят от типа ядерных боеприпасов, вида взрывов, мощности заряда, топографических и метеорологических услови

ИЗЛУЧЕНИЕ ОТ РАССЕЯННЫХ ЕСТЕСТВЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ

Большинство встречающихся в природе первичных радионуклидов относится к продуктам распада урана, тория и актиния (актиноурана), яв­ляющихся родоначальни-ками 3 радиоактивных семейств.

Семейство урана начинается 238 U, завершается стабильным изото­пом 206 Pb и содержит 17 элементов.

Семейство тория начинается 232 Th, завершается 208 Pb, содержит 12 элементов.

Семейство актиноурана начинается 235 U, завершается 207 Pb, со­держит 17 элементов.

Кроме того 12 долгоживущих радионуклидов не входит в состав се­мейств: 40 K, 50 V, 87 Rb, 115 In, 123 Te, 138 La, 144 Nd, 147 Sm, 176 Lu, 180 W, 187 Re, 190 Pt.

Внешнее г-облучение человека от указанных естественных радионук­лидов вне помещений обусловлено их присутствием в компонентах окру­жающей среды. Основной вклад в дозу внешнего облучения дают г-радионуклиды рядов 228 Ас, 214 Pb, 214 Bi, а также 40 К.

Внутреннее облучение человека обусловливается радионуклидами, поступающи-ми внутрь организма через легкие, желудочно-кишечный тракт. Наиболее значимыми с точки зрения внутреннего облучение являются 40 К, 14 C, 210 Po, 226 Ra, 222 Rn, 220 Rn.

Расчетные значения годовой эффективной эквивалентной дозы от природных источников для районов с нормальным фоном колеблется от 1 до 2,2 мЗв.



ТЕХНОГЕННО-ИЗМЕНЕННЫЙ РАДИАЦИОННЫЙ ФОН

Техногенный радиационный фон формируется естественными радионуклидами, поступающими в окружающую среду в результате использования в производстве при-родных материалов, содержащих радионуклиды. Это сжигание органического топлива, внесение минеральных удобрений, применение светосоставов постоянного действия, использование авиации и т.д. Некоторые технологические процессы могут снижать воздействие природного радиационного фона, например, очистка питьевой воды.

Вклад в облучение населения за счет техногенного радиационного фона вносят содержащиеся в стройматериалах радионуклиды.

В помещениях доза внешнего облучения изменяется в зависимости от соотношения двух конкурирующих факторов: экранирования внешнего из­лучения зда-нием и интенсивности излучения содержащихся в стройматериа­лах радионуклидов. При этом основное значение в формирование дозы вно­сят 40 К, 226 Ra, 232 Th с продуктами распада, содержащимися в стройматериа­лах.

Сжигание органического топлива, в первую очередь, каменного угля является источником выбросов в окружающую среду ряда естественных радионуклидов, таких как 40 К, 226 Ra, 228 Ra, 232 Th, 210 Po, 210 Рb. Отечественные электростанции, работающие на угле с большой зольностью при степенях очистки 90-99% дают значительное количество выбросов этих радионукли­дов, формирующее эффективную эквиваленту дозу в 5-40 раз большую, чем атомные станции аналогичной мощности. Индивидуаль-ная эффективная эквивалентная доза в СССР в 80-х годах от этого источника облучения оце­нивалась около 2 мкЗв/год.

Уровни облучения от использования фосфорных удобрений формируются за счет содержащихся в них 238 U, 232 Тh, 210 Ро, 210 Pb, 226 Ra, 40 К и оце­ниваются эффективной эквивалентной дозой 136 нв/год.

Еще меньший вклад в формирование суммарной эффективной экви­валентной дозы вносят полеты на самолетах и применение содержащих ра­дионуклиды предметов широкого потребления.

ИСКУССТВЕННЫЕ РАДИОНУКЛИДЫ

Искусственные радионуклиды попадают в окружающую среду при испытаниях ядерного оружия и работе предприятий ядерного топливного цикла.

Взрывы ядерных устройств

С 1945 по 1980 г. в атмосфере было испытано 423 ядерных устройст­ва. При этом образовалось и было выброшено в окружающую среду огромное количество радионуклидов. Большая доля глобального радиоактивного за­грязнения окружающей среды обусловлена выпадениями из стратосферы. Средняя продолжительность тропосферных осадков составляет около 30 сут., а территория загрязнения от них - от нескольких сот до тысяч километ­ров.

Считается, что 1 Мт энергии деления соответствует 1,45х1026 делений. Поэтому общая активность Q, Бк, образующихся при взрыве мощностью 1 Мт радионуклидов рассчитывается по формуле:

Q = l,45 · 1026 · k· л,

где:

k- коэффициент выхода нуклида при делении, %;

л - 0,693/т- постоянная распада, 1/сек.

Научный комитет ООН по действию атомной радиации (НКДАР) вы­деляет 21 радионуклид, которые вносят тот или иной вклад в дозу облучения населения. Среди них особо опасными являются 8 радионуклидов. Это (в порядке уменьшения вклада в дозу) 14 С, 137 Cs, 95 Zr, 106 Ru, 90 Sr, 144 Ce, 3 H, 131 I.

При этом внутреннее облучение организма формируется за счет 14 С, 90 Sr, 106 Ru, 131 I, 137 Cs, кроме того, выделяются 85 Kr, 81 Sr, плутоний и транс­плутониевые элементы, поступающие в организм человека с водой, продук­тами питания, воздухом.

Внешнее облучение формируется главным образом такими радионук­лидами, как 95 Zr,95 Nb, 106 Ru, 103 Ru, 140 Ba и 137 Cs.

Работа предприятий ядерного топливного цикла

В ядерный топливный цикл входят предприятия по добыче урановой и ториевой руд, их переработке, получению топлива для атомных станций и оружейного урана и плутония, регенерации отработанного топлива.

В конце 1995 г. в 26 странах эксплуатировалось более 430 ядерных энергетичес-ких установок, а доля АЭС в производстве электроэнергии со­ставляет до 72% во Франции. Всего в мире на АЭС получают сейчас около 16% производимой в мире энергии. В России доля производимой АЭС элек­троэнергии составляет около 12%.

Выбросы естественных радионуклидов при добыче и переработке урановых и ториевых руд представлены в основном газообразным 222 Rn из урановых шахт; твердыми отходами руды из хвостохранилищ, где основная активность формируется долгоживущим 232 Тh с продуктами распада, и ура­новыми отходами с обогатительных фабрик, содержащих незначительное количество урана, тория и продуктов их распада.

Считается, что в урановый концентрат переходит 14% суммарной ак­тивности исходной руды, в которой содержится 90% урана.

Обогащение природного урана 235 U и изготовление тепловыделяющих элементов сопровождается незначительными выбросами в окружающую среду. Твердые и жидкие отходы при этом изолируются.

Работа ядерного реактора сопровождается большим числом радио­нуклидов - продуктов деления и активации.

Количество и качественный состав радионуклидов, поступающих в окружающую среду, зависит от типа реактора и систем очистки воздуха и сточных вод. В окружающую среду удаляются газообразные отходы после очистки, а также частично аэрозоль-ные и жидкие. Твердые отходы хранятся на площадке с последующим захоронением.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, радиоактивные вещества занимают особое место среди загрязняющих окружающую среду агентов. Радиоактивность - самопроизвольное превращение (распад) ядер элементов, приводящее к изменению их атомного номера или массового числа. Естественные источники ионизирующего излучения играют огромную роль . Радиоактивные вещества испускают б- и в-частицы, г- и тормозное излучение и нейтроны.

Радиоактивный фон нашей планеты складывается из четырех основных компонентов:

--Излучения от космических источников;

--излучения от рассеянных в окружающей среде первичных радио­нуклидов;

--излучения от естественных радионуклидов, поступающих в окру­жающую среду от производств, не предназначенных непосредст­венно для их получения;

--излучения от искусственных радионуклидов, образованных при ядерных взрывах и вследствие поступления отходов от ядерного топливного цикла и других предприятий, использующих искусст­венные радионуклиды.

Все живые организмы на Земле являются объектами воздействия ио­низирующих излучений. Воздействие ионизирующего излучения на живой организм называется облучением. Результатом облучения являются физико-химические и биологиче­ские изменения в организмах.

Радиационные эффекты облучения людей делят на 3 группы:

--соматические (телесные) эффекты;

--соматико-стохастические ;

--генетические эффекты.

Принципы радиационной безопасности:

1. Не превышать установленного основного дозового предела;

2. Исключить всякое необоснованное облучение;

3. Снижать дозы облучения до возможно низкого уровня.



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бабаев Н.С., Демин В.Ф., Ильин Л.А. и др. Ядерная энергетика: человек и окру-жающая среда. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 235 с.

2. Козлов Ф.В. Справочник по радиационной безопасности. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 352 с.

3. Москалев Ю.И. Отдаленные последствия воздействия ионизирующих излучений. - М.: Медицина, 1991. - 464 с.

4. Радиация: Дозы, эффекты, риск. Пер. с англ. Ю.А.Банникова. - М.: Мир, 1988. - 79 с.

5. Сивинцев Ю.В. Радиация и человек. - М.: Знание, 1987. - 235 с.

Размещено на Allbest.ru