Контрольні запитання

1. Що являє собою ядерний паливний цикл? Яка з його стадій є найнебезпечнішою?

2. Дайте характеристику Міжнародної шкали подій на АЕС?

3. Які особливості аварій на АЕС?

4. Охарактеризуйте аварію на Чорнобильській АЕС?

5. Яких заходів щодо ліквідації наслідків аварії на ЧАЕС було вжито?

Лекція 5

Радіоактивне забруднення навколишнього середовища

Шляхи надходження радіонуклідів до живих організмів

У результаті випадання радіоактивних речовин забруднюються такі компоненти природного середовища, як атмосферне повітря, ґрунтовий покрив, водні маси, рослини, тварини тощо. Радіоактивне забруднення може відбуватися такими шляхами:

- аерозольним (поверхневе забруднення);

- контактним (контакт із забрудненими поверхнями);

- біологічним (структурне забруднення).

Аерозольне зараження - це проникнення радіонуклідів через повітря з подальшим осіданням на поверхню землі та інших об’єктів. При цьому радіоактивні речовини проникають на різну глибину залежно від пористості й агрегатного стану речовини.

Контактне зараження відбувається при безпосередньому контакті об’єкта із зараженою поверхнею (наприклад, при перевезенні сировини (продукції) на забрудненому транспорті, пакуванні у забруднену тару, переробці на забрудненому обладнанні і т.ін.)

Біологічний шлях зараження. Радіоактивні речовини включаються в процеси біологічної циркуляції й обміну речовин, що відбуваються в біосфері, унаслідок чого вони потрапляють у харчову сировину рослинного походження через кореневі системи і листя, і далі всередину організму тварин і птахів - з повітрям, водою і кормом. Радіоактивні речовини можуть потрапляти в організм людини з харчовими продуктами, просуваючись ланцюгами живлення.

У результаті просування ланцюгом живлення концентрація радіонуклідів зростає. Чим довший ланцюг, чим більше в ньому ланок, тим більшої концентрації можуть досягати радіонукліди. Так, на останній ланці ланцюга концентрація радіонуклідів на 4-5 порядків вища за початкову.

Радіоактивне забруднення води

Забруднення води відбувається внаслідок потрапляння радіоактивних речовин у відкриті водойми. Радіоактивні частинки утворюють зависі у воді, частина яких осідає на дні, а частина розчиняється, заражуючи водоймища на всю глибину. Найбільшого радіоактивного зараження зазнають озера, ставки, річки з повільною течією, дощові й талі води. Забруднення повноводних річок виключається, тому що в них практично неможливе утворення високої концентрації радіонуклідів.

Вода відіграє надзвичайно важливу роль у життєдіяльності всіх живих організмів, тому що переносить мінеральні речовини, у тому числі радіоактивні. Унаслідок цього якість природних вод - один з основних чинників нормальної життєдіяльності людини. Рівень вмісту радіонуклідів і хімічний склад природних вод визначаються кліматичними умовами і геологічною будовою місцевості. Природна радіоактивність вод визначається наявністю таких природних радіонуклідів, як: ⁴⁰К, ^234,235,238U, ^224,226,228Ra, ^230,232Th, ^220,222Rn, ²¹⁰Po, ²¹⁰Pt. Концентрація урану, торію й радію особливо велика в підземних водах.

Радіоактивність річкової води зумовлена в основному калієм, вміст якого залежить як від хімічного складу порід, що омиваються цими водами, так і від ряду кліматичних чинників.

Радіоактивність озерних вод тісно пов'язана з хімічним складом води їх припливів і підземних вод.

Концентрація радіонуклідів у дощовій воді невисока, виняток становлять ³Н і ⁷Ве, концентрація яких може досягати десятків пікокюрі на літр.

Радіоактивні речовини, що містяться у водному середовищі, поглинаються, як і інші мінеральні елементи, рослинами і тваринами. Інтенсивність накопичення радіонуклідів водними організмами залежить від температури води та кількості завислих речовин.

Радіоактивне забруднення ґрунту

Концентрація природних радіонуклідів у ґрунті змінюється у широких межах і залежить від інтенсивності ґрунтоутворювальних процесів. Радіоактивного калію у ґрунтовому покриві міститься найбільше (до 2,5% його маси), тоді як урану, торію чи радію у сотні й мільйони разів менше (урану-238 - 310^-4 %).

Значною є різниця концентрації РН у ґрунтах різних типів. Якщо у дерново-підзолистих ґрунтах щільність ⁴⁰К лише 4 пКі/г, то у чорноземах перевищує 11 пКі/г.

Важливими кількісними показниками є повнота поглинання радіонуклідів (сорбція) і стійкість їх закріплення в поглиненому стані. Наприклад, якщо порівняти стійкість закріплення в поглиненому стані ⁹⁰Sr і ¹³⁷Сs, то виявиться, що з усіх ґрунтів ⁹⁰Sr витісняється в більшій кількості, ніж ¹³⁷Сs (тобто поглинений цезій закріплюється міцніше). На різних ґрунтах стійкість закріплення радіонуклідів неоднакова. Міцніше вони закріплюються в чорноземі.

На сорбційні процеси у ґрунтах впливає дисперсний (гранулометричний) склад ґрунтів. Ґрунти, які утримують більшу кількість високодисперсних частинок (розміром менше 0,001 мм), характеризуються високою ємністю поглинання, у якій поглинається до 77% від загального вмісту радіонуклідів у ґрунті. Відмінності в повноті сорбції радіонуклідів і ступені їх закріплення різними мінералами зумовлені перш за все різною будовою кристалічної гратки мінералів.

Найбільш високі рівні забруднення стронцієм спостерігаються на дерново-підзолистих ґрунтах, менші - на сірих лісових ґрунтах і сіроземах і найнижчі - на чорноземах. Аналогічна залежність установлена і для цезію. Загалом цезій, на відміну від стронцію, сорбується (закріплюється) мінералами стійкіше, зокрема, глинами. За однакової щільності забруднення ґрунту радіаційна небезпека від стронцію у 6 разів вища, ніж від цезію. Щоб зменшити ступінь міграції, проводять агрохімічні заходи: вапнування кислих ґрунтів, бідних на обмінний кальцій, внесення органічних добрив - перегною, торфу, намулу, гною. Так, для зниження надходження стронцію застосовують фосфорні, а для цезію - калійні добрива.

Поглинання ґрунтами радіонуклідів перешкоджає їх пересуванню за профілем ґрунтів і подальшому проникненню в ґрунтові води. Так, радіоактивні елементи на природних луках, сіножатях і пасовищах затримуються у верхньому шарі завтовшки 0-5 см, а на ріллі переважно в орному шарі.

Техногенні радіонукліди надходять у ґрунтовий покрив переважно з атмосфери. Вже через декілька років після випадання радіоактивних речовин на земну поверхню більша їхня частина потрапляє у тканини рослин, а звідти - у корм тварин та їжу людини. Як показала аварія на ЧАЕС, уже на другий рік після випадання радіоактивних опадів основний шлях потрапляння радіонуклідів у харчові ланцюги - надходження їх з ґрунту в рослини.

Радіоактивне забруднення рослин

Радіоактивне ураження рослин проявляється в гальмуванні росту, зниженні врожайності, репродуктивної здатності, а при великих дозах викликає загибель рослин.

Рослини можуть забруднюватися двома шляхами: аерозольним (некореневий шлях) і кореневим (ґрунтовий шлях надходження).

Особливість аерозольного шляху надходження полягає в тому, що при безпосередньому осіданні радіоактивних частинок з різних шарів атмосфери відбувається пряме забруднення надземної маси рослин (листя, гілок, стовбура тощо) усіма радіонуклідами, що випадають.

Радіоактивні частинки неповністю затримуються на рослинах. Ступінь затримання радіоактивних частинок рослинами характеризується величиною первинного затримання: відношенням кількості осілих на рослинах радіоактивних частинок до загальної їх кількості, яка випала з атмосфери на даній площі.

Різні сільськогосподарські культури мають неоднакову здатність до утримання радіоактивних опадів з атмосфери, що зумовлено як специфікою морфологічної будови рослин (форма, розміри, розташування листя, ступінь шорсткості їх поверхні), так і ступенем розвитку надземної маси.

Найбільш чутливі до радіації в різних фазах розвитку квасоля, кукурудза, жито, пшениця; більш стійкі - льон, конюшина, люцерна, рис, томати.

Випадання ⁹⁰Sr з атмосфери на поверхню рослин практично не забруднює зерно сільськогосподарських культур із закритим насінням (горох, кукурудза). Бульби картоплі і коренеплоди столового і цукрового буряку також виявляються практично чистими, тому що стронцій при потраплянні на листя дуже слабко проникає всередину рослин. Однак випадання аерозольних частинок ⁹⁰Sr з атмосфери на деякі рослини дуже небезпечне. Це перш за все овочеві культури. Томати, огірки, капуста, листкові овочі можуть сильно забруднюватися.

При випаданні з атмосфери ¹³⁷Сs не тільки механічно забруднює урожай, але й інтенсивно проникає в тканини наземних органів рослин, включається в метаболізм, переміщується всередині рослини і накопичується в урожаї.

Досить інтенсивно рухається всередині рослини при потраплянні на її поверхню ¹³¹І. Незважаючи на порівняно короткий період піврозпаду, цей радіонуклід може проникати з кормом тварин у молоко, а через молоко - в організм людини.

Механізм засвоєння радіонуклідів корінням рослин подібний до поглинання основних поживних речовин макро- і мікроелементів. ¹³⁷Cs є хімічним аналогом калію, а ⁹⁰Sr - кальцію, тому спостерігається певна подібність поглинання рослинами і пересування по них К, Са і їх хімічних аналогів Сs і Sr. Рослини, які утримують більше кальцію, накопичують ⁹⁰Sr більше, а рослини, що відрізняються високим вмістом калію, накопичують більше ¹³⁷Cs.

Найбільше поглинається рослинами з поживного розчину ¹³⁷Сs, значно менше – ⁹⁰Sr. Таких РН, як ⁶⁰Со, ¹⁰⁶Кu, ¹⁴⁴Се, ¹⁴⁷Рm, надходить з водного розчину в наземну масу рослин у 10 разів менше, ніж Сs і Sr.

Забруднення продукції рослинництва радіонуклідами залежить і від типу і властивостей ґрунтів, на яких зростають рослини. Тому концентрація радіонуклідів у рослинах на різних ґрунтах у різних ґрунтово-кліматичних зонах при одному й тому самому рівні забруднення може відрізнятися в десятки разів.

Радіоактивне забруднення тварин

Продукти тваринництва належать до основних джерел надходження радіонуклідів до організму людини. Наприклад, у багатьох країнах молоко є головним (на 70-90%) джерелом надходження ¹³¹І.

Радіоактивні речовини можуть надходити в організм тварин через органи дихання, шлунково-кишковий тракт (ШКТ) і поверхню шкіри. Однак найбільше радіонуклідів надходить в організм через систему травлення.

Головне значення в опроміненні тварин має рівень радіоактивного забруднення рослин певної місцевості, а ось надходження радіонуклідів з питною водою у декілька разів нижче, ніж із кормами.

Молоко, м'ясо і продукти їх переробки є основним постачальником ¹³⁷Cs (на 60-80%) до організму людини. Продукти тваринництва містять, як правило, до 40-60% ⁹⁰Sr, що надходить до організму людини з раціоном.

Враховуючи те, що ⁹⁰Sr і ¹³⁷Cs є хімічними аналогами кальцію і калію, накопичення їх в основному визначається розподілом цих елементів в організмі тварин. Найбільш висока концентрація ⁹⁰Sr виявляється в скелеті, тоді як у м'яких тканинах і органах вона в десятки разів нижча.

Величина переходу різних радіонуклідів у м'ясі й субпродуктах визначається видом тварин і їх віком. У молодих тварин рівень надходження радіонуклідів завжди вищий, ніж у дорослих і старих. За величиною переходу ⁹⁰Sr з раціону в кісткову тканину сільськогосподарських тварин і птахів можна розмістити в такому порядку: велика рогата худоба, кози, вівці, кури.