ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.04.2021
Просмотров: 2925
Скачиваний: 13
Содержание
1 Ведение
-
История открытия радиоактивности……………………………..…..4
-
Предмет и задачи радиоэкологии………………………………….…7
2 Основы ядерной физики, необходимые для курса радиационной экологии…………………………………………………………………….12
-
Понятие о строении атомного ядра. Изотопы……………………….12
-
Типы ионизирующего излучение и его взаимодействие
с веществом……………………………………………………………….16
-
Единицы измерения радиоактивности и доз ионизирующего излучения………………………………………………………………20
-
Биологическое действие ионизирующей радиации…………………22
3.1 Понятие радиочувствительности…………………………………….22
3.2.Лучевое поражение клеток…………………………………………..23
3.3 Теории механизма биологического действия ионизирующих излучений…………………………………………………………………25
3.4 Радиациооное поражение организма………………………………..30
4 Естественный радиационный фон (ЕРФ)……………………………37
-
Космическое излучение……………………………………………...37
4.2 Земная радиация……………………………………………………..40
4.3. Природный радиоактивный фон и эволюция………………………49
5 Миграция радионуклидов в различных компонентах
биосферы……………………………………………………………....56
5.1 Атмосфера…………………………………………………………...56
5.2Гидросфера……………………………………………………..……62
5.3 Почва…………………………………………………………..……..71
5.4 Растения…………………………………………………………..….83
5.5 Сельскохозяйственные животные…………………………………91
6 Радиационное воздействие на сообщества живых организмов …...100
6.1 Первичные радиационные эффекты в биогеоценозах……………103
6.2 Вторичные лучевые реакции в биогеоценозах …………………..109
6.3Пострадиационное восстановление в биогеоценозах ……………112
7 Радиационное поражение естественныхи искусственных биогеоценозов основных типов …………………………………..…….115
7.1 Естественные и культурные травяные экосистемы..………………115
7.2 Лесные экоистемы………………………………….………………..118
7.3 Чернобыльский лес…………………………………………………..126
8 Ядерный топливный цикл……………………………………………..132
8.1 Общая характеристика ЯТЦ…………………………………………132
8.2 Добыча урановой руды, обогащение урана и производство ядерного топлива……………………………………………………………………143
8.3 Ядерныи реактор……………………………………………………155
8.3.1 Уран-графитовый реактор канального типа……………………..162
8.3.2 Легко-водный реактор……………………………………………..166
8.3.3 Реактор на быстрых нейтронах……………………………….…..170
8.4 Радиоактивные отходы…………………………………………….177
8.4.1. Переработка отработанного ядерного топлива
(замкнутый цикл)………………………………………………………179
8.4.2 Переработка и захоронение отходов (открытый цикл)……….195
9 Гигиенические и экологические основы радиационной защиты человека и окружающей среды…………………………………….…...204
9.1 Определение допустимых уровней облучения ……………….….204
9.2 Обеспечение радиационной безопасности природной среды…..206
9.3 Методы защиты населения, проживающего на загрязненных радионуклидами территориях …………………….…………………213
9.3.1. Общие принципы ведения сельского хозяйства на загрязненыйх территориях……………………………………………………………213
9.3.2 Зональный принцип ведения сельского хозяйства……………217
9.3.3. Переработка растениеводческой и животноводческой
продукции…………………………………………………………….….220
9.3.4 Выведение радионуклидов из организма…………..……………221
Список использованной литературы…………………………………..227
1 Ведение
1.1 История открытия радиоактивности
К моменту открытия периодического закона только лишь стали утверждаться представления о молекулах и атомах. Причем атом считался не только наименьшей, но и элементарной (т. е. неделимой) частицей. Прямым доказательством сложности строения атома было открытие самопроизвольного распада атомов некоторых элементов, названное радиоактивностью.
26 февраля 1896 г. французский ученый Андре Беккерель, химик по специальности, работавший с солями урана, приготовил для своих экспериментов пластинку из уранилсульфата и, пока в ней не было надобности, случайно положил ее на пачку фотобумаги, как всегда упакованную в черную, не проницаемую для света бумагу. Пластинка пролежала несколько дней. В ходе дальнейшей работы Беккерель, проявляя фотобумагу, к своему удивлению, обнаружил, на ней отчетливое изображение такой же формы, какую он придавал своим пластинкам из солей урана.
Случайное наблюдение побудило Беккереля поставить ряд проверочных экспериментов с самыми различными солями. Все соли, содержащие уран, засвечивали фотопластинку через черную бумагу. Год спустя Беккерель делает доклад в Парижской академии наук о том, что выделенный им чистый элемент — уран. Согласно его исследованиям, атомы урана испускают невидимые лучи, проникающие через непрозрачную бумагу и способные ионизировать воздух. Так была открыта атомная радиация.
В 1898 г. Мария Кюри-Складовская, великий польский физик и химик, работавшая вместе со своим мужем Пьером Кюри во Франции, обнаружила, что соединения тория испускают лучи, аналогичные лучам урана (Рис.1). Уже в то время стало ясно, что испускаемое ураном излучение не связано с его физико-химическим состоянием. Оно является характерным, для данного элемента атомным свойством, которое супруги Кюри назвали радиоактивностью (28).
Обнаружив,
что некоторые природные урановые
минералы (урановая смоляная руда, уранит
и т. д.) оказываются более активными, чем
металлический уран и его искусственные
соединения, М. Кюри высказала
Рисунок 1. Супруги Кюри в лаборатории (115)
предположение, что в подобных минералах содержатся малые количества неизвестных высокорадиоактивных элементов. После двухлетней интенсивной работы супруги Кюри в 1898 г. выделяют из таких руд новое, ранее не известное вещество, обладающее, как и уран, излучением, которое Мария Кюри (урожденная полька) в честь своей родины называет полонием.
В том же году они выделяют еще один ранее не известный элемент, обладающий уже в сотни раз более сильным излучением, чем атомы урана. Этому веществу было дано название радий (излучающий).
Резерфорд, Оуэнс, Дорн и Дебьерн (1889—1902 гг.) обнаружили, что препараты урана, тория и открытого в это же время радиоактивного элемента актиния выделяют эманации—благородные радиоактивные газы (изотопы элемента с порядковым номером Z= 86).
Дальнейшее изучение эманаций показало, что активность радиоактивных веществ не остается постоянной, а убывает во времени. Какова бы ни была первоначальная активность, она уменьшается наполовину всегда за одно и то же время, называемое периодом полураспада и характерное для данного индивидуального вещества.
Затем Э. Резерфорд, 1899—1903 гг установил природы α-, β и γ - лучей, образующихся при радиоактивном распаде, а в 1909—1911 гг обнаружил ядра атомов диаметром 10~6 нм, занимающих незначительную долю объема атома (диаметр 10-1 нм) (41,81).
1.2 Предмет и задачи радиоэкологии
Выдающуюся роль в развитии представлений о роли радиоактивных веществ в жизни организмов и закономерностях их миграции в биосфере сыграли труды основоположника биогеохимии советского академика В.И.Вернадского и его учеников. Термин «радиоэкология» был предложен в 1956 г. независимо друг от друга советскими учеными А. М. Кузиным и А. А. Передельскимм и американским профессором Е.Одумом. Впервые развернутое определение задач радиоэкологии было сформулировано А. Передельским в 1957 г.:
«Радиоэкология - наука о взаимоотношениях в природе радиоактивной среды и организмов и их сообществ, о миграциях и концентрациях радиоэлементов вследствие деятельности организмов, об экологических цепях радиоактивного питания и индикаторных видах, указывающих на присутствие значительных залеганий радиоактивных руд и радиоактивных загрязнений, о качественных и количественных изменениях в растительном и животном населении под влиянием внешних и находящихся внутри организма изменений уровня радиоактивности»(74).
Радиоэкология — наука, изучающая особенности существования организмов и сообществ растений и животных в естественной среде обитания, загрязненной радиоактивными веществами. Радиоэкология является частью биоэкологии (55).
По мнению Е. Одума, задачи радиоэкологии заключаются в исследовании действия ионизирующего излучения на особи, популяции, сообщества и экосистемы, а также в изучении миграции радионуклидов в среде обитания и роли животных в их распределении.
В самых ранних радиоэкологических исследованиях основное внимание было обращено на изучение особенностей накопления тяжелых естественных радионуклидов (урана, радия, тория) растениями. Это объяснялось, прежде всего, разработкой биогеохимического метода поисков урана. К этому же времени относится и начало изучения биологического действия ионизирующего излучения на живые организмы в местах с повышенным содержанием естественных радионуклидов; определение доли естественной радиоактивности в общей облученности живых организмов; исследование миграции и концентрирования естественных радионуклидов в биосфере и установление роли естественной радиоактивности в жизненных процессах и общей эволюции живого. Было установлено, что живой организм в процессе своего развития и жизнедеятельности всегда подвергался как внешнему облучению, так и внутреннему облучению(54).
Уже в первых исследованиях было выявлено, что накопление радионуклидов в тканях животных и растений происходит по-разному и выражает видовую специфику. Избирательность тканей по отношению к определенным радионуклидам наиболее отчетливо проявляется в животном мире, поскольку в тканях животных протекают более сложно дифференцированные процессы, чем в растительных организмах. Однако в полной мере ценность полученных результатов выявилась после возникновения угрозы радиоактивного загрязнения биосферы вследствие ядерных испытаний. С этого времени начинается изучение радиоактивности окружающей среды и живых организмов (55).
В связи с созданием атомной (1945 г.), а затем и водородной бомбы и их испытаниями, когда в биосферу планеты стали поступать в большом объеме искусственные радионуклиды, получили развитие исследования проблем воздействия искусственных радионуклидов на живые организмы. Выбрасываемые во время взрыва в верхние слои атмосферы радионуклиды быстро распространялись с воздушными течениями по всему земному шару, выпадая на поверхность суши и Мирового океана. Радиоактивный фон Земли, который в течение тысячелетий оставался относительно постоянным, стал из года в год возрастать, искусственные радионуклиды включались в биогеохимические циклы миграции химических элементов в наземных и водных экосистемах. Вследствие этого помимо облучения от естественного радиоактивного фона все живые организмы, в том числе человек, стали объектами воздействия искусственных радионуклидов. Кроме того, в конце 1950-х—начале 1960-х гг. произошли две крупные аварии на предприятиях ядерной промышленности: Кыштымская (сентябрь 1957 г., Россия), и на заводе в Уиндскейле (октябрь 1957 г., Великобритания). В результате увеличилось число территорий с высоким уровнем загрязнения радионуклидами искусственного происхождения. В это время основные проблемы радиоэкологии стали связывать с экологическими аспектами безопасного использования ядерной энергетики и начинающегося применения радиационных биотехнологий. После аварии на Чернобыльской АЭС произошло резкое ужесточение требований к системам безопасности АЭС, а также значительное расширение территорий, на которых мигрируют искусственные радионуклиды. Поэтому возрастает число исследований о воздействии ионизирующих излучений на все компоненты природных и агроэкосистем. Глобальный контроль за состоянием природной среды, который начал осуществляться в этот период, позволил изучить закономерности миграции по пищевым цепочкам в различных экосистемах Земли стронция-90 и цезия-137 (основных долгоживущих искусственных радионуклидов в составе смеси продуктов деления). А также особенности накопления растениями и животными большого набора радиоактивных продуктов деления, радионуклидов с наведенной активностью, некоторых трансурановых элементов. Были оценены закономерности накопления искусственных радионуклидов в сельскохозяйственной продукции растительного и животного происхождения в различных биогеохимических условиях внешней среды, получены данные о действии ионизирующего излучения на растения и животных, находящихся в естественных экосистемах с высоким уровнем радиоактивного загрязнения. Полученные результаты стали основой для определения дозовых нагрузок на население, животный и растительный мир и объективного анализа последствий загрязнения биосферы глобальными радиоактивными выпадениями после ядерных испытаний (55).
Современная радиоэкология представляет собой разветвленную отрасль науки, в которой с учетом специфических особенностей объектов природной среды, выделяют два крупных направления: радиоэкологию гидробиоценозов или водную радиоэкологию, и радиоэкологию наземных биогеоценозов. Основные задачи водной радиоэкологии — изучение миграции радионуклидов в гидробиоценозах и действия ионизирующего излучения на гидробионты и околоводные сообщества растений и животных. Одна из прикладных задач этого направления — обеспечение охраны водной среды от радиоактивного загрязнения. Особенно важно изучение экологии рыб, обитающих в загрязненных радионуклидами водоемах, поскольку рыба является существенным компонентом пищевого рациона человека (9).
Один из разделов радиоэкологии наземных биогеоценозов — лесная радиоэкология изучает закономерности миграции радионуклидов в лесных экологических системах и действие ионизирующих излучений на лесные биогеоценозы. Лесная радиоэкология разрабатывает научно-методические основы для обеспечения устойчивости лесного хозяйства в условиях радиоактивного загрязнения.
Появление лесной радиоэкологии, как и радиоэкологии в целом, связано с освоением атомной энергии и, как следствие, рассеиванием искусственных радионуклидов в биосфере. Первые радиоэкологические исследования в России были начаты по инициативе В. И. Вернадского еще в начале XX в. Существенный вклад в развитие лесной радиоэкологии был внесен А. X. Сперроу в Брукхевенской национальной лаборатории США. Совместно с Г. М. Вудвелом он изучил радиочувствительность более 200 видов древесных пород (49, 106,)
Лес служит своеобразным аккумулятором радионуклидов при глобальных выпадениях или выпадениях из переносимого ветром радиоактивного облака. Пиломатериалы, дрова, грибы, ягоды и другие продукты леса при повышенном содержании в них радионуклидов могут стать источником облучения человека.
Расширение исследований по изучению поведения искусственных и естественных радионуклидов в пищевых цепочках, с участием сельскохозяйственных растений и животных, привело к выделению в самостоятельный раздел сельскохозяйственной радиоэкологии (60).
Изучением закономерностей накопления, распределения, выведения и влияния на организм аккумулированных в нем радионуклидов и внешнего облучения занимается экспериментальная радиоэкология. Здесь наименее изученным вопросом является радиочувствительность различных живых организмов.
Успехи радиоэкологии в значительной степени зависят от разработки методов экологической дозиметрии, основная задача которой состоит в оценке доз излучения, получаемых организмами в среде их обитания.
Каждое направление современной радиоэкологии имеет свои задачи и перспективы развития, но в практическом отношении наиболее важным является изучение закономерностей миграции радионуклидов по пищевым цепочкам — в целях решения проблемы максимального снижения их поступления в организм человека.