Химия окружающей среды » Рефераты: скачать бесплатно рефераты на любую тему.

Химия окружающей среды

Оглавление:
Оглавление: 1

Введение 2
Типы и физические характеристики ионизирующих излучений 2
Пути попадания радионуклидов в окружающую среду 6

Естественные радионуклиды 6

Техногенные радионуклиды 6
Авария на Чернобыльской АЭС. 10

Таблица оценки радионуклидного выброса при аварии на ЧАЭС 11

Биогеохимические циклы радионуклидов на примере аварии на ЧАЭС 12

Накопление радионуклидов и радиобиологическое воздействие на живые огранизмы обитающие в районе ЧАЭС 13

Радиобиологические эффекты у растений 13

Биологическое воздействие и миграции животных и насекомых 14

Воздействие радиации на организм человека 15

Наружное однократное облучение: 17

Повторные облучения: 17

Заключение: 18

Resьmee 20

Использованная литература: 21

Введение

В окружающей среде все элементы имеют естественный биотический круговорот и оказывают на все живые организмы планеты различного рода воздействия, в том числе и неблагоприятные. Вредное воздействие веществ может быть обусловленно не только их химическими или физико-химическими свойствами, но и чисто физическим влиянием этих элементов, связанных с их радиоактивностью.
Радиоактивность – это физическое явление которое характеризуется такими процессами в атомном ядре, при которых изменяется его состав и испускается ионизирующее излучение.
Радиоактивными элементами – называются такие элементы все изотопы которых радиоактивны. К таким элементам относятся все естественные элементы с атомным номером выше 83 (Bi).
Вредное воздействие радиоактивных элементов определяется ионизирующим излучением, характер которого зависит от типа радиоактивного распада данного изотопа. Классический опыт, позволяющий обнаружить сложный состав радиоактивного излучения, состоит в следующем. Препарат радия помещается на дно узкого канала в куске свинца. Против канала находится фотопластинка. На выходящее из канала излучение действует сильное магнитное поле, линии индукции которого перпендикулярны лучу. Вся установка размещается в вакууме. Под действием магнитного поля пучок распадается на три пучка. Две составляющие первичного потока отклоняются в противоположные стороны. Это указывает на наличие у этих излучений электрических зарядов противоположных знаков. При этом отрицательный компонент излучения отклоняется магнитным полем гораздо сильнее, чем положительный. Третья составляющая не отклоняется магнитным полем. Положительно заряженный компонент получил название альфа-лучей, отрицательно заряженный – бетта-лучей и нейтральный – гамма-лучей.

Типы и физические характеристики ионизирующих излучений

- Лучи или частицы (обозначают , Не4; атомный вес 4,003; два положительных заряда) – ядра атомов Не, состоящие из 2 протонов и 2 нейтронов. В момент вылета имеют скорость, равную 0,05 – 0,1 скорости света, и энергию варьирущую у разных радиоактивных изотопов в интервале от
4 – 9 Мэв (мегаэлектронвольт т.е. 106эв). -частицы передают энергию главным образом электронам вещества (взаимодействие с ядрами незначительно). Это вызывает диссоциацию молекул или возбуждение и ионизацию атомов и молекул. Вырванные -частицами электроны могут иметь энергию, достаточную для вторичных ионизационных процессов (для возбуждения других электронов). Их называют вторичными электронами или -лучами.
Плотность ионизации под воздействием -частиц очень велика. Она возрастает по мере уменьшения энергии частицы и, следовательно, достигает максимума к концу полета. В среднем на одном см. пути -частицы вызывают в воздухе образование 3 * 104 пар ионов. Проникающая способность -частиц невелика. Для их пробега R (в см.) в воздухе в зависимости от энергии частицы Е (в Мэв) можно выразить следующей формулой:.
Пробег - частиц в других веществах можно определить, пользуюсь формулами:

или по формуле , откуда
- пробег - частиц в воздухе;
- плотность среды;

А и Z – массовое число и атомный номер элемента, поглощающего -Лучи.

Пробег в воздухе-частиц различных энергий колеблется в пределах 2,5 –
10 см. В биологических тканях 30 – 120 мкм, а в алюминии 16 – 65 мкм.

- Лучи или частицы (обозначают; атомный вес 5,486 * 10- 4; 1 отрицательный заряд) – поток электронов, имеющих всегда широкий спектр энергий (от 0 до 3 Мэв). Максимальная энергия Емакс. -лучей отдельных радиоактивных изотопов имеет определенную величину. Средняя энергия спектра
-частиц соответствует приблизительно (для разных изотопов колеблется в пределах 0,25 – 0,45 Емакс.). Проникающая способность - лучей примерно в 100 – 200 раз больше, чем у -частиц с такой же энегрией. Плотность ионизации на пути основного пробега -лучей значительно меньше, чем на пути -частиц. Прирост ионизации к концу пробега выражен во много раз слабее, чем у последних. Помимо взаимодействия с орбитальными электронами некоторые -частицы изредка (но тем чаще, чем больше их Емакс.) приходят в соприкосновение с атомным ядром.
Кинетическая энергия -частицы от соударения с ядром превращаются в квант мягкого -излучения. Длинна пробега зависит от Емакс. -лучей и для них можно записать ряд формул:

(при 0,03 Мэв < Емакс. < 0,15 Мэв)
(при 0,15 Мэв < Емакс. < 0,8 Мэв.)
(при Емакс. > 0,8 Мэв) где R – длинна пробега, выраженная в г/см2 (1г/см2 – столб вещества массой в 1г. при сечении в 1см.).

Иногда используется общая приближенная формула:

R = 0,536 Емакс. – 0,165
Толщина поглощающего слоя равна:
, где d – Толщина слоя в см.
- плотность экранирующего вещества в г/см3

Позитроны (обозначают ) – положительно заряженные -лучи, почти мгновенно исчезающие путем взаимодействия с электронами и порождения фотонов -лучей (реакция аннигиляции)

- Лучи – поток фотонов или электромагнитные колебания типа лучей
Рентгена, но с меньшей длинной волны (от нескольких и ниже) и черезвычайно большой проникающей способностью. Поглощение энергии - лучей веществом может осуществляется следующими путями:

1. Фотоэлектрическое поглощение, при котором энергия -фотона целиком передается орбитальному электрону (этот механизм преобладает при действии мягких -лучей на вещество с малым атомным весом).
2. Квантового рассеивания, рассматриваемого как упругое столкновение

(комптон-эффект), когда -фотон передает электрону только часть своей энергии и преобразуется во вторичный фотон с меньшей энергией, т.е. с большей длинной волны (комптон-эффект преобладает при больших энергиях -лучей.)
3. Образование пар: позитрон – электрон, т.е. реакции, обратной аннигиляции, происходящей при столкновении -фотонов большой энергии с тяжелыми ядрами (например ядрами Pb).
При энергиях больше 0,1 Мэв удельная ионизация от -лучей примерно в
100 раз меньше, чем от -лучей с равной энергией. В отличае от и
-частиц, длинна пробега которых имеет конечную величину, -лучи нигде полностью не поглощаются. Понижение интенсивности монохроматического параллельного пучка -лучей при прохождении через вещество подчиняются экспоненциальной зависимости , где I и I0 – интенсивность пучка до и после прохождения слоя поглотителя толщиной d (в см.), а (в см.-1) – линейный коэффициент поглощения, характеризующий относительное понижение интенсивности пучка при его прохождении через еденицу толщи данного вещества.(Данная таблица «Линейные коэффициенты поглощения -лучей для некоторых веществ» приведена в справочнике «Вредные вещества в промышленности 2» издание пятое стереотипное, Издательство «Химия» Москва,
Ленинград 1965г.)

Отсюда следует, что толщина слоя понижающая интенсивность -лучей в 2 раза (), равна:, а для К-кратного ослабления используется формула. Помимо линейного коэффициента поглощения используется также массовый (в см2 * г-1), атомный (в см2 * атом -1) и электронный (в см * е-1) коэффициенты поглощения, откуда:
N – Число атомов расподающегося изотопа.
A и Z – Массовое число и атомный номер элемента поглощающего -лучи.
- Плотность среды поглотителя (экранирующего вещества).

Нейтроны – (обозначают n, атомный вес 1,009; заряда нет) обладают сравнительно большой проникающей способностью. В свободном состоянии не стабильны; подвергаясь -распаду, превращаются в протоны () [
- период полураспада]. В зависимости от их энергии нейтроны подразделяются на:
1. Тепловые (Е 0,025 эв.)
2. Медленные (Е < 100 эв.)
3. Промежуточной энергии (100 эв. < E < 20 кэв.)
4. Быстрые (20 кэв. < E < 20 Мэв.)
5. Сверхбыстрые (Е > 20 Мэв.)
Проникающая способность нейтронов сравнительно велика. Из-за отсутствия заряда нейтроны проникают сквозь электронные облака вещества и взаимодействуют с атомными ядрами. В процессе неупругого и упругого столкновения нейтроны теряют энергию. При Е < 100 эв. Происходит захват нейтронов ядрами, что может сопровождаться возникновением -лучей,
-частиц, протонов или расщеплением тяжелого ятомного ядра. В биологической ткани основным процессом, приводящим к ионизации, является взаимодействие нейтронов с водородом. Потеряв энергию в процессе рассеивания, тепловые нейтроны захватываются ядрами водорода, которые при этом превращаются в дейтроны (тяжелый водород) и испускают -лучи.
(). Захват нейтронов ядрами азота (данный процесс преобладает в воздухе, но частично осуществляется в биологической ткани) приводит к вылету протона и возникновению радионуклида углерода 14С, и можно записать, что 14N + n1 = 14C + p1 [14N (n, p) 14C].

Протоны – (обозначают p, H1; атомный вес 1,008; один положительный заряд) – ядра легкого водорода. Протоны взаимодействуют с веществом (длинна пробега, механизм ионизации и нарастание ее к концу пробега) аналогично -лучам.
Пробег в воздухе равен , а в другой среде (такая же формула используется для расчета пробега в других веществах -частиц)
[обозначения см. стр. 3].
Дейтоны или дейтроны – (обозначают d, D или Н2; атомный вес 2,014; один положительный заряд) – ядра тяжелого водорода – дейтерия, состоящие из 1 протона и 1 нейтрона; имеют сходный с протонами механизм взаимодействия с веществом. При равных энергиях длинна пробега дейтрона в 2 раза больше, чем у протона. Дейтроны высоких энергий (около 100 Мэв) при взаимодействии с атомными ядрами расщепляются на протоны и нейтроны.

Интенсивность радиоактивного распада изотопов сильно варьируется, но является величиной const для данного вида радиоактивного изотопа т.е. за равные промежутки времени распадается всегда равная доля атомов данного изотопа, что можно выразить формулой:

, где
N0 – начальное число атомов;
Nt – число нераспавшихся атомов через интервал времени t;
- const для данного распада, характеризующая долю распавшихся атомов за еденицу времени (в сек.-1)

Интенсивность радиоактивного распада выражается периодом полураспада , т.е. интервалом времени, в течении которого начальное количество радиоактивного изотопа уменьшается в 2 раза и если , то период полураспада можно выразить формулой:

.
Средняя продолжительность жизни радиоактивного изотопа считается по формуле:

по истечении которого активность радиоактивного изотопа уменьшиться в раз (т.е. до 37%).
Величину полураспада используют для определения доли нераспавшегося радиоактивного изотопа по отношению к первоначальному через интервал времени t:

, где .

Пути попадания радионуклидов в окружающую среду

Естественные радионуклиды

Однако существуют и естественные радионуклиды, образующиеся под действием постоянно попадающего на Землю космического излучения, поступающего как из глубин космоса, так и от Солнца. Эти радионуклиды называют космогенными. В состав первичного космического излучения входят протоны высоких энергий и ядра некоторых легких элементов. При взаимодействии этого космического излучения с ядрами атомов, присутствующими в атмосфере Земли, протекает множество ядерных реакций. Это так называемое вторичное космическое излучение, достигающее поверхности Земли. Так с участием нейтронов вторичного космического излучения и ядер N возникают радиоактивные ядра 14С
( = 5730 лет):

14N + n1 = C14 + p1[14N (n, p) 14C] («Вредные вещества в промышленности 2» стр. 558)

а также тритий 3Н и 32Р: n + 14N 3H + 12C. Излучение терригенных и космогенных радионуклидов, а также само космическое излучение постоянно воздействует на все живое нашей планеты.

Техногенные радионуклиды

В 40-х годах ХХ века в результате освоения энергии атомного ядра были созданы ядерные реакторы, в которых происходит расщепление ядер 235U или
239Pu на ядра более легких элементов. При работе ядерных реакторов образуются не существующие в природе радионуклиды более 40 элементов
Периодической системы (эти радионуклиды называют техногенными). С 1945 года до начала 60-х годов такие страны, как США, СССР, Великобритания, а позже
Франция и Китай, провели большое число испытаний ядерного оружия, что привело к загрязнению техногенными радионуклидами окружающей среды в глобальном масштабе. К попаданию радионуклидов в окружающую среду привела и работа предприятий так называемого ядерного топливного цикла. Эти предприятия включают добычу урановых руд и извлечение из них урана, изготовление тепловыделяющих элементов, сами ядерные реакторы, а также заводы по переработке отработанных тепловыделяющих элементов, извлечению из них радиоактивных отходов и регенерации ядерного топлива. Одной из главных задач технологии ядерного горючего является получение урана и тория из руд.
Добытую руду подвергают обогащению после чего производят вскрытие руды т.е. ее обработку кислотами HNO3 или H2SO4. Чтобы получить металлический уран необходимо из концентратов руд отобрать пробу и провести ряд реакций:

1. Разваривание

2. Экстракция растворителем

3. Разложение нитрата

4. Получение UF4

5. Восстановление

(Данная цепь реакций приведена в книге «Прошлое и настоящее радиохимии» А.
Н. Несмеянов. Ленинград «Химия» 1985 с. 166)
Ядерные реакторы конструируют так, чтобы предотвратить попадание техногенных радионуклидов в окружающую среду. Но даже при безаварийной работе реакторов в окружающую среду поступают радиоактивный газ криптон
(радионуклид 85Kr), а также небольшие количества 131I, трития и некоторых других радионуклидов. В результате произошло загрязнение окружающей среды техногенными радионуклидами, особенно такими, как 90Sr, 137Cs, 131I, 129I,
85Kr, а также радионуклидами некоторых трансурановых элементов.
Тепловыделяющие элементы ядерных реакторов, представляющие собой металлические стержни, в которых находится ядерное топливо (3% 235U), размещаются в активной зоне реактора АЭС. Возможны различные виды цепных реакций деления 235U (различие в образующихся осколках деления и числе испускаемых нейтронов) такие:

235U + 1n 142Ba + 91Kr + 31n,

235U + 1n 137Te + 97Zr + 21n,

235U + 1n 140Xe + 94Sr + 21n.

Тепло, выделяющееся при делении урана, нагревает воду, протекающую через активную зону и омывающую стержни. Примерно через три года содержание 235U в тепловыделяющих элементах снижается до 1%, они становятся неэффективными источниками тепла и требуют замены. Каждый год треть тепловыделяющих элементов удаляется из активной зоны и заменяется новыми: для типичной АЭС с мощностью 1000 МВт это означает ежегодное удаление 36 т. тепловыделяющих элементов.

В ходе ядерных реакций тепловыделяющие элементы обогащаются радионуклидами
– продуктами деления 235U , а также (через серию -распадов) 239Pu:

238U + 1n 239U() 239Np() 239Pu.

Отработанные тепловыделяющие элементы транспортируются из активной зоны по подводному каналу в хранилища, заполненные водой, где хранятся в стальных пеналах несколько месяцев, пока большинство высокотоксичных радионуклидов
(в частности, наиболее опасный 131I) не распадется. После этого тепловыделяющие элементы направляются на заводы по регенерации топлива, например для получения плутониевых сердечников для ядерных реакторов на быстрых нейтронах или оружейного плутония.

Жидкие отходы ядерных реакторов (в частности, вода первого контура, которая должна обновляться) после переработки (выпаривания) помещают в бетонные хранилища, расположенные на территории АЭС.

Определенное количество радионуклидов при работе АЭС выделяется в воздух.
Радиоактивный 135I (один из главных продуктов распада в работающем реакторе) не накапливается в отработанном ядерном топливе, поскольку его период полураспада составляет всего 6,7 ч, но в результате последующих радиоактивных распадов превращается в радиоактивный газ 135Xe, активно поглощающий нейтроны и потому препятствующий цепной реакции. Для предотвращения «ксенонового отравления» реактора ксенон удаляют из реактора через высокие трубы АЭС.

На данный момент все существующие и применяемые в мире методы 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) (). 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 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 |
| | | | |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):

|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 у хвойных и лиственных деревьев. Листовые пластины ели иногда увеличивались в 3 раза. Резко изменился цвет хвоинок. У сосны они были светло-желтые, а у ели - малиновые. Высокая радиочувствительность хвойных растений, усиленная тем обстоятельством, что авария произошла в период распускания почек, была причиной поражения насаждений сосны обыкновенной (Finns silvestris L.) и разрушения экосистемы сосновых лесов на наиболее загрязненных территориях вблизи атомной станции. Особую роль в поражении фотосинтезирующих органов и ростовых тканей сыграло -излучение от осевших на поверхность растений радионуклидов; вклад внешнего -облучения в поглощенную дозу составил всего 10 %. Листовые пластинки взрослых деревьев дуба заметно утратили присущую им конфигурацию, вплоть до приобретения формы овала. В связи с большим накоплением антоцианов лист изменил окраску - стал малиновым. У однолетних саженцев дуба (Quercus robur L.) наблюдалось сильное кущение прикорневых побегов, укорочение черешков, образование пальмовидных побегов на одной ветви. Однолетние саженцы каштана настоящего (Castanea sativa L.) представляли собой растения с резко укороченными побегами, небольшими листовыми пластинками, имевшими зелено-желтый цвет. Отмечено рассечение листовых пластин, увеличение количества радиальных прожилок и уменьшение между ними мезофильных слоев клеток.

Биологическое воздействие и миграции животных и насекомых

Радиочувствительность позвоночных животных еще выше, чем радиочувствительность хвойных растений. Первые биологические наблюдения в
«зоне отчуждения» были начаты лишь в июне-июле 1986 г. По данным количественных учетов мышевидных грызунов в сентябре 1986 г., в ближней зоне численность этих животных снизилась в 3 - 5 раз (3,5 % ловушко-суток вместо 15 - 20 в контрольных, слабо загрязненных участках). Расчетная поглощенная доза в первый месяц после аварии составляла на учетных площадках 22 и 860 Гр для - и -облу

Вернуться