Воздействие на окружающую среду предприятий ядерного топливно-энергетического цикла

ПЛАН

 

Общие положения…………………………………………………………….3

Источники радиоактивных излучений и их характеристика………………4

Космическое излучение………………………………………………………5

Излучение от рассеянных естественных радионуклидов…………………..6

Техногенно-измененный радиационный фон……………………………….6

Искусственные радионуклиды……………………………………………….7

Воздействие ионизирующих излучений на организм………………………9

Возможные последствия облучения людей………………………………..12

Принципы радиационной безопасности……………………………………15

Воздействие на окружающую среду предприятий ядерного топливно-энергетического цикла…………………………………………………………...19

Заключение…………………………………………………………………...22

Список литературы…………………………………………………………..23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 

Особое место среди загрязняющих окружающую среду агентов занимают радиоактивные вещества. Внимание к нему сильно возросло после аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 г. и ряда инцидентов на других гражданских и военных объектах с ядерным топливом.

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 (α-частиц, электронов, протонов, нейтронов и др.) и (или) электромагнитной (рентгеновские, γ-лучи) энергии, связанной с прямым или косвенным возникновением ионов.

Радиоактивные препараты испускают α- и β-частицы, γ- 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.

α-лучи были идентифицированы как ядра атома гелия, β-лучи представляют поток электронов, а γ-лучи - это поток квантов большой энергии, характеризуемых частотой соответствующего волнового процесса.

γ-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 γ-лучей и минимальна для α-лучей.

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

Чистые радиоактивные элементы испускают α- или β-лучи, сопровождаемые чаще всего γ-излучением. Испускание только γ-лучей наблюдается редко.

Интенсивность радиоактивного распада характеризуется активностью.

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

                                                               dN

A = - ---- = λN,

                                                                 dt

где:

А  -   активность, расп/сек;

N  -   число ядер;

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

Nt = N0 · exp (-λt)

где: N0 и 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

 

ИСТОЧНИКИ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ

И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА

 

В окружающей нас природной среде насчитывается около 300 радионуклидов, как естественных, так и получаемых человеком искусственных. В биосфере Земли содержится более 60 естественных радионуклидов. При работе реакторов образуется около 80, при ядерных взрывах - около 200, промышленностью России выпускается более 140 радионуклидов.

Радиоактивный фон нашей планеты складывается из четырех основных компонентов:

• излучения, обусловленного космическими источниками;
• 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.

Первые два компонента определяют естественный радиационный фон. Третий компонент определяется как техногенно-измененный радиационный фон и формируется, главным образом, за счет выбросов естественных радионуклидов при сжигании органического топлива, поступления их при внесении минеральных (в первую очередь, фосфорных) удобрений и их содержания в строительных конструкциях и материалах.

 

КОСМИЧЕСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

 

Первичные космические частицы, представленные в основном высокоэнергетич-ными протонами и более тяжелыми ядрами, проникают до высоты около 20 км над уровнем моря и образуют при взаимодействии с атмосферой вторичное высокоэнергетическое излучение из мезонов, нейтронов, протонов, электронов, фотонов и т.п. Частицы вторичного космического излучения вызывают ряд взаимо-действий с ядрами атомов азота и кислорода, при этом образуются космогенные радионуклиды, воздействию которых подвергается население Земли. К этой категории относится 14 радионуклидов, из них основное значение с точки зрения внутреннего облучения населения имеют 3Н и 14С, внешнего - 7Be, 23Na, 22Na. Интенсивность космического излучения зависит от активности Солнца, географического располо-жения объекта и возрастает с высотой. Для средних широт на уровне моря эффектив-ная эквивалентная доза составит примерно 300 мкЗв/год.

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

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

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

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

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

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

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 40К, 226Ra, 232Th 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 40К, 226Ra, 228Ra, 232Th, 210Po, 210Рb. 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 238U, 232Тh, 210Ро, 210Pb, 226Ra, 40К 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 · λ,

где:

k - коэффициент выхода нуклида при делении, %;

λ - 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) 14С, 137Cs, 95Zr, 106Ru, 90Sr, 144Ce, 3H, 131I.

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

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

 

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 222Rn из урановых шахт; твердыми отходами руды из хвостохранилищ, где основная активность формируется долгоживущим 232Тh 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 235U 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 окружаю-щую среду удаляются газообразные отходы после очистки, а также частично аэрозоль-ные и жидкие. Твердые отходы хранятся на площадке с последующим захоронением.