Химия окружающей среды

обезвреживания РАО (цементирование, остекловывание, битумирование и др.), а

также сжигание твердых РАО в керамических камерах (как на НПО «Радон» в

Московской области) неэффективны и представляют значительную опасность для

окружающей среды.

К загрязнению атмосферы радионуклидами приводит и работа тепловых

электростанций, сжигающих каменный уголь. Он всегда содержит небольшие

примеси урана, тория и продуктов их распада, и при сжигании топлива эти

радионуклиды частично переходят в аэрозоли и попадают в атмосферу. К

загрязнению почвы радионуклидами может приводить даже использование

фосфорных минеральных удобрений. Примеси урана и тория всегда есть в

исходном сырье (например, в апатите), которое используют при производстве

этих удобрений. При переработке сырья радионуклиды частично переходят в

удобрения, а из них и в почвы и передаются дальше по трофическим цепям.

К загрязнению техногенными радионуклидами океана привело и то, что в

некоторых странах высокорадиоактивные отходы ядерно-топливного цикла

длительное время сбрасывали в океан в специальных контейнерах (США) или по

трубам (Великобритания).

С конца 1950-х гг. по 1992 г. Советским Союзом в Баренцевом и Карском морях

были захоронены твердые и жидкие радиоактивные отходы (РАО) суммарной

активностью 2,5 млн Ки, в том числе 15 реакторов с атомных подводных лодок

(АПЛ), три реактора с ледокола «Ленин» (из них 13 аварийных реакторов АПЛ,

в том числе шесть с невыгруженным ядерным топливом). Затопление ядерных

реакторов и жидких РАО происходило и на Дальнем Востоке: в Японском и

Охотском морях и у берегов Камчатки.

На Южном Урале в Кыштыме расположено ПО «Маяк» (Челябинск-65), где с конца

1940-х гг. производится регенерация отработанного ядерного топлива. До 1951

г. возникающие в ходе переработки жидкие РАО просто сливались в речку Теча.

Через сеть рек: Теча–Исеть–Обь – происходил вынос радиоактивных веществ в

Карское море и с морскими течениями в другие моря Арктического бассейна.

Хотя впоследствии такой сброс был прекращен, спустя более 40 лет

концентрация 90Sr на отдельных участках реки Теча превышала фоновую в

100–1000 раз. С 1952 г. ядерные отходы стали сбрасывать в озеро Карачай

(названное техническим водоемом № 3) площадью в 10 км2. За счет тепла,

выделяемого отходами, озеро в конце концов пересохло. Началась засыпка

озера грунтом и бетоном; для окончательной засыпки, по расчетам, еще

потребуется ~800 тыс. м3 скального грунта при стоимости работ 28 млрд

рублей Российской Федерации (в ценах 1997 г.). Однако под озером

образовалась «линза», заполненная радионуклидами, суммарная активность

которых составляет 120 млн Ки (почти в 2,5 раза выше, чем активность

излучения при взрыве 4-го энергоблока ЧАЭС).

В результате всех этих действий некоторые моря, особенно Ирландское и

Северное, подверглись заметному радиоактивному загрязнению. Загрязнение

Мирового океана может неблагоприятно сказаться прежде всего на

жизнедеятельности фитопланктона, от нормального существования которого во

многом зависит жизнь на Земле. Поэтому в настоящее время введены строгие

ограничения на сброс в океан радиоактивных отходов.

Помимо сброса радиоактивных отходов и проишествий с реакторами АПЛ и АЭС на

радиационную обстановку в мире серьезно оказало и испытание ядерного

оружия. Испытания ядерного оружия, которые особенно интенсивно проводились

в период 1954-1958 и 1961-1962 гг. стали одной из основных причин повышения

радиационного фона Земли. В США, СССР, Франции, Великобритании и Китае в

общей сложности проведено не менее 2060 испытаний атомных и термоядерных

зарядов в атмосфере, под водой и в недрах Земли, из них непосредственно в

атмосфере 501 испытание. Испытания в атмосфере в СССР были завершены в 1962

г., подземные взрывы на Семипалатинском полигоне - в 1989 г., на Северном

полигоне - в 1990 г. Франция и Китай до последнего времени продолжали

испытывать ядерное оружие. В 1963г. Англия, США и СССР подписали Договор об

ограничении испытаний ядерного оружия, обязывающий не испытывать его в

атмосфере, под водой и в космосе. По оценкам во второй половине 20-го века

за счет ядерных испытаний во внешнюю среду поступило 1.81*1021 Бк продуктов

ядерного деления, из них на долю атмосферных испытаний приходится 99.84 %.

Распространение радионуклидов приняло планетарные масштабы. Продукты

ядерного деления представляют собой сложную смесь более чем 200

радиоактивных изотопов 36 элементов. Большую часть активности составляют

короткоживущие радионуклиды.

|Выход некоторых продуктов деления при ядерном взрыве. |

|Элемент |Заряд |Период |Выход на одно|Активность |

| | |полураспада |деление, % |на 1 Мт, |

| | | | |(1015 Бк) |

|Стронций-89 |38 |50.5 сут |2.56 |590 |

|Стронций-90 |38 |28.6 лет |3.5 |3.9 |

|Цирконий-95 |40 |64 сут |5.07 |920 |

|Рутений-103 |44 |39.5 сут |5.2 |1500 |

|Рутений-106 |44 |368 сут |2.44 |78 |

|Иод-131 |53 |8 сут |2.90 |4200 |

|Цезий-136 |55 |13.2 сут |0.036 |32 |

|Цезий-137 |55 |30.2 лет |5.57 |5.9 |

|Барий-140 |56 |12.8 сут |5.18 |4700 |

|Церий-141 |58 |32.5 сут |4.58 |1600 |

|Церий-144 |58 |284 сут |4.69 |190 |

|Водород-3 |1 |12.3 лет |0.01 |2.6 10-2 |

Так, через 7, через 49 и через 343 суток после взрыва активность продуктов

ядерного деления снижается соответственно в 10, 100 и 1000 раз по сравнению

с активностью через час после взрыва. Кроме продуктов ядерного деления

радиоактивное загрязнение обусловлено радионуклидами наведенной активности

( 3Н, 14С, 28Al, 24Nа, 56Mn, 59Fe, 60Cо и др.) и неразделившейся частью

урана и плутония. Особенно велика роль наведенной активности при

термоядерных взрывах. При ядерных взрывах в атмосфере значительная часть

осадков (при наземных взрывах до 50%) выпадает вблизи района испытаний.

Часть радиоактивных веществ задерживается в нижней части атмосферы и под

действием ветра перемещается на большие расстояния, оставаясь примерно на

одной и той же широте. Находясь в воздухе примерно месяц, радиоактивные

вещества во время этого перемещения постепенно выпадают на Землю. Большая

часть радионуклидов выбрасывается в стратосферу (на высоту 10-15 км), где

происходит их глобальное рассеивание и в значительной степени распад.

Нераспавшиеся радионуклиды выпадают по всей поверхности Земли.

Если попавший в окружающую среду 239Pu прочно фиксируется почвами и

практически не переходит в пищевые цепи, то такие радионуклиды, как 137Cs,

131I и особенно 90Sr, по различным пищевым цепям могут оказаться в

организме человека. Так как некоторые радионуклиды способны

концентрироваться в определенных органах человека (например, 90Sr в костях,

а 131I в щитовидной железе), то их накопление в этих органах может привести

к тяжелым заболеваниям..

Авария на Чернобыльской АЭС.

Чернобыльская Атомная Электростанция (ЧАЭС) расположена на севере Украины,

в месте впадения реки Припять в Днепр. Строительство начато в 1976 году.

Всего было построено 4 блока по 1000 МВт каждый. Для ЧАЭС в качестве

базового был принят энергоблок с реактором РБМК-1000 (реактор большой

мощности канальный) электрической мощностью 1000 МВт. Авария на четвертом

блоке ЧАЭС 26 апреля 1986 года произошла не во время нормального

функционирования реактора. Это случилось во время эксперимента по изучению

резервов безопасности реактора в различных ситуациях. Эксперимент совпал с

плановым гашением реактора и его намечалось проводить при пониженной

мощности реактора. Сыграло свою роль и то, что в период испытания была

отключена система аварийного охлаждения реактора. В результате грубого

нарушения операторами станции правил техники безопастности при проведении

эксперемента в 01:23:44 мощность реактора резко увеличилась и примерно в

100 раз превысила проектную. 01:23:45 тепловыделяющие элементы начали

разрушаться. В топливных каналах создалось высокое давление. 01:23:49

топливные каналы стали разрушаться. 01:24 последовало два взрыва. Первый -

из-за гремучей смеси, образовавшейся в результате разложения водяного пара.

Второй был вызван расширением паров топлива. Взрывы выбросили сваи крыши

четвертого блока. В реактор проник воздух. Воздух реагировал с графитовыми

стержнями (С), образуя оксид углерода II (СО) ([pic]). Этот газ вспыхнул,

начался пожар. Предположительно 8 из 140 тонн ядерного топлива, содержащих

плутоний и другие чрезвычайно радиоактивные материалы (продукты деления), а

также осколки графитового замедлителя, тоже радиоактивные, были выброшены

взрывом в атмосферу. Кроме того, большое количество радионуклидов (см.

стр.11) были выброшены в атмосферу не только во время взрыва, но и

распространялись во время пожара из-за возгорания СО (2СО + О2 [pic] 2СО2).

Были уничтожены барьеры и системы безопасности, защищающие окружающую среду

от радионуклидов, содержащихся в облученном топливе, и произошел выброс

активности из реактора. Этот выброс на уровне миллионов кюри в сутки,

продолжался в течение 10 дней с 26.04.86. по 06.05.86., после чего упал в

тысячи раз и в дальнейшем постепенно уменьшался. По характеру протекания

процессов разрушения 4-го блока и по масштабам последствий указанная авария

имела категорию запроектной и относилась к 7-ому уровню (тяжелые аварии) по

международной шкале ядерных событий INES. Три дня мир находился в полном

неведении. И только 30 апреля, когда работники шведской АЭС Форсмарк,

расположенной на берегу Балтийского моря, зарегистрировали мощное ядерное

излучение, исходившее не от их станции, а от пришедшего с востока облака,

был дан сигнал тревоги.

До аварии на ЧАЭС в 1986г. самой тяжелой в атомной энергетике считается

авария в 1979г. на американской АЭС в Тримайл-Айленд в близи г. Гаррисберга

(штат Пенсильвания). Тогда сохранившаяся защитная оболочка реактора

предотвратила тяжелые экологические последствия от этой аварии.

Таблица оценки радионуклидного выброса при аварии на ЧАЭС

|Оценка радионуклидного состава выброса из аварийного блока |

|Чернобыльской АЭС. |

| | |Активность выброса, МКи |Доля |

| |Период | |активности, |

|Элемент* |полураспада | |выброшенная из|

| | | |реактора. к 6 |

| | | |мая 1986 г.,% |

| | | | | |

| | |26.04.1986 |06.05.1985**| |

|133Xе |5.2 сут |5 |45 |возможно [pic]|

| | | | |100 |

|85mKr |4.4 ч 10.15 |0,15 |- |- |

|85Kг |10.76 лет |- |0.9 |- |

|131I |8.05 сут |4.5 |7.3 |20 |

|132Tе |78.2 ч |4 |1.3 |15 |

|134Cs |2.05 лет |0.15 |0.5 |10 |

|137Cs |30 лет |0.3 |1.0 |13 |

|99Mо |66.7ч |0.45 |3.0 |2.3 |

|95Zr |65.5 сут |0.45 |3.8 |3.2 |

|103Ru |39.5 сут |0.6 |3.2 |2.9 |

|106Ru |368 сут |0.2 |1.6 |2.9 |

|140Bа |12.8 сут |0.5 |4.3 |5.6 |

|141Се |32.5 сут |0.4 |2.8 |2.3 |

|144Cе |284 сут |0.45 |2.4 |2.8 |

|89Sr |52.7 сут |0.25 |2.2 |4.0 |

|90Sr |27.7 сут |0.015 |0.22 |4.0 |

|238Pu |86.4 лет |0.4 |8*10-4 |3.0 |

|239Pu |24390 лет |10-4 |7 *10-4 |3.0 |

|240Pu |6580 лет |2*10-4 |10-3 |3.0 |

|241Pu |13.2 лет |0.02 |0.14 |3.0 |

|242Pu |3.79*105 лет |3 10-7 |2*10-6 |3.0 |

|242Cm |162.5 сут |3*10-3 |2.1*10-2 |3.0 |

|239Nр |2.35 сут |2.7 |1.2 |3.2 |

*Приведены данные об активности основных радионуклидов,

определяемых при радиометрическом анализе.

** Суммарный выброс к 6 мая 1986г.

Особенностью радионуклидного загрязнения, связанного с Чернобыльской

катастрофой, является разнообразие химических форм агрегатных состояний,

выброшенных в окружающую среду радиоактивных элементов. Часть элементов

была выброшена в водорастворимом, капельно-жидком состоянии, часть же в

виде «горячих» частиц. Радионуклиды, выделяющиеся в ходе ядерной аварии,

попадали в атмосферу, откуда происходило их осаждение на различные

поверхности: почвы, растительный покров, поверхность водных бассейнов,

дороги, крыши строений и т.п. Последующая судьба радионуклидов зависела от

их физико-химического состояния, растворимости и от взаимодействия с

веществами, входящими в состав поверхностей, на которую попали

радиоактивные вещества и материалы. Исходно радионуклиды обнаруживались в

форме оксидов, карбидов, атомарной свободной формы, а также в составе более

крупных аэрозольных частиц с размерами порядка микрона, а вблизи аварийного

блока еще более крупных образований.

Биогеохимические циклы радионуклидов на примере аварии на ЧАЭС

Первоначально происходило преимущественно сорбционное связывание

радионуклидов веществами, на которые попадали атомарные и молекулярные

формы радионуклидов. При этом по отношению к массе радионуклидов вещества

поверхностей обладали очень большой адсорбционной способностью и емкостью

поглощения, что определило начальное состояние радионуклидов: они

сосредотачивались в тонком поверхностом слое почвы или открытых пород,

налипали на поверхностный слой растений - кутикулу листьев, кору стеблей,

удерживались на поверхностях строительных сооружений. Поведение

радиоактивных частиц было таким же, как и обычной пыли: они вмывались в

поры материалов, на которые попадали, переносились воздушными потоками,

застревали на шероховатых поверхностях. Таким было исходное, стартовое

состояние радионуклидов, когда осуществилось их соприкосновение с биосферой

и началось их вовлечение в круговорот химических элементов, происходящий с

участием живых организмов. Поскольку скорость передачи радионуклида от

одного компонента трофической цепи к другому определяется способностью этих

компонентов накапливать радионуклиды, продолжительностью пребывания

последних в них, то общий поток радионуклидов преимущественно зависит от

биологических процессов: скорости образования биомассы; концентрации в ней

тех или иных радионуклидов и их носителей; темпов перехода радионуклидов в

продукты, выделяемые организмами во внешнюю среду. Органические вещества,

содержащие радионуклиды, практически всюду перерабатываются

микроорганизмами. Радионуклиды, выпавшие на поверхность водных бассейнов

довольно быстро связываются различными веществами, растворенными в воде

либо в виде частиц, находящихся во взвешенном состоянии. Адсорбированные

радионуклиды попадают на дно водоемов, поэтому первоначально весьма

активными оказались поверхностные слои ила. С этого начинается участие

радионуклидов в биогеохимических циклах, приуроченных также и к природным

водам.

В 1986г. водные растения содержали весьма существенные активности

радионуклидов. Примеры радиоактивности биомассы водных высших растений,

произраставших в Припятском отроге в 1986 г., где накопление радионуклидов

в гидромакрофитах было наиболее значительным (данные Института

гидробиологии НАНУ):

|Растение |Активность радионуклида, Бк/кг сухой |

| |массы |

|144Cе |103Ru103Rh |106Ru,106Rh |137Cs |134Cs |95Nb95Zr |90Sr | |То же

(подводная часть) |99900 |6700 |129500 |66600 |21800 |13700 |2400 | |Рогоз

узколистный Typha angustifolia L. |20350 |7000 |24800 |3700 |1370 |1330

|270 | |Накопление радионуклидов и радиобиологическое воздействие на живые

огранизмы обитающие в районе ЧАЭС

Радиобиологические эффекты у растений

Накопление: Условия накопления радионуклидов растениями, происходящее в

основном за счет водорастворимой и обменной форм компонентов загрязнения,

отражает весьма сложные переходные процессы в почве, скорость и

направленность которых определяется биологической активностью всех

компонентов корнеобитаемого слоя. Среди органов надземной части растений

наибольшей концентрацией радионуклидов отличались листья и наименьшей -

репродуктивные органы (соцветия). Таким образом, накопление радионуклидов

растениями определяется не только их количеством в почве конкретного

региона, но и анатомо-морфологическими и физиологическими особенностями

растительного организма, типом корневой системы, степенью ее развития и

глубиной проникновения в почву. Лесная растительность обладает большой

поглотительной емкостью по отношению к радионуклидам, что связано с

наличием значительно и сильно расчлененных поверхностей (листья, хвоя,

мелкие ветви). Так, надземная часть сосново-березового леса задержала более

40 % различных выпадений (90Sr,137Cs,144Се), сосновый прирост - 90 %,

густые сосновые насаждения - почти 100 %. Радионуклиды попали на листовую

поверхность в конце апреля - начале мая: период наиболее активного роста

растений и интенсивной метаболизации элементов. С поверхности листьев

радионуклиды вовлекались внутрь клеток, и те из них, которые являлись

изотопами биогенных элементов, подвергались метаболическому усвоению.

Практически все биологические эффекты на уровне многолетнего растительного

организма вызваны действием излучения на верхушечную меристему растений.

Даже такие эффекты, как усиление кущения, интенсивный рост боковых побегов

или пробуждение спящих почек, связаны с поглощенной дозой в верхушечной

меристеме, поскольку поражение конуса нарастания проводит к снятию

апикального доминирования.

Биологический эффект: Выброс радионуклидов из разрушенного реактора в

период, когда многолетние древесные растения находились в состоянии

наибольшей радиочувствительности (закладывались апексы побегов следующего

года, зачатки побегов, сформированных в 1985 г., проходили этап

гистогенеза), привел их к кратковременному острому тотальному облучению,

перешедшему затем в хроническое. Форма проявления аномалий зависела от

дозовых нагрузок, которые определялись характером распределения

радионуклидов по ассимиляционной поверхности вегетативных органов растений.

Под воздействием острого облучения в весенний период 1986 г. (полигон в 10-

километровой зоне ЧАЭС) в этом же году произошли изменения листовых пластин

Страницы: 1, 2, 3