Экологические проблемы радиоактивности

 МОУ «Гимназия №7»

г. Торжка

Экологические

проблемы  

 радиоактивности  

Выполнила:  Горохова Светлана, 11 класс

Руководитель: Добродумова Н.П., учитель физики

2010г.

Цели:

1.  Формирование  правильного  представления о радиоактивности и  ее влиянии на живые и неживые организмы.

Задачи: изучить труды ученых физиков о радиоактивности, проанализировать процесс взаимодействия радиоактивных излучений с веществом и его последствия.

Введение

1.Открытие явления радиоактивности.

           Радиоактивность — это процесс самопроизвольного выделения энергии с постоянной скоростью, присущей данному виду ядер. Термин «радиоактивность» был предложен Марией Кюри,  великим ученым своего времени.

          В 1896 году французский ученый Беккерель, исследуя соли урана, обнаружил, что они самопроизвольно испускают лучи, обладающие большой проникающей способностью. Беккерель поместил соль урана на фотопластинку, завернутую в плотную черную бумагу, и в течение нескольких часов подвергал ее воздействию солнечного света. Он обнаружил, что излучение прошло сквозь бумагу и воздействовало на фотопластинку. Это, казалось, указывало на то, что соль урана испускала рентгеновские лучи и после облучения солнечным светом. Однако оказалось, что такое же явление происходило и без облучения. Беккерель, наблюдал новый вид проникающей радиации, испускаемой без внешнего облучения источника. Загадочное излучение стали назвать лучами Беккереля. Выбрав лучи Беккереля темой диссертации, Склодовская-Кюри стала выяснять, не испускают ли их и другие соединения. Вскоре она пришла к заключению, что, кроме урана, торий и его соединения также испускают лучи Беккереля, которые она назвала радиоактивностью.

           Она нашла, что урановая руда электризует окружающий воздух намного сильнее, чем содержащиеся в ней соединения урана и тория, и даже чем чистый уран и из этого наблюдения сделала вывод о существовании в урановой руде неизвестного сильно радиоактивного элемента. Вскоре в Париж, где жила Мария, доставили тонну урановой руды, необходимой для исследования.

В 1898 году, после изнурительной работы, Мария Складовская- Кюри объявила об открытии нового элемента в 300 раз активнее урана. В честь своей родины Польши, она назвала его полонием. От тонны руды осталось количество, помещавшееся в небольшой колбе.

        2.Значение открытия явления радиоактивности.

В настоящее время радиоактивные вещества широко применяются: в энергетике для получения электричества и тепла; (в 1953 году в Обнинске заработала первая атомная станция),  в промышленности (атомной и не атомной), на транспорте (атомные суда и др.), в медицине (для лечения поверхностного рака кожи, рентгеноскопия), в военном деле (ядерные и другие виды оружия: атомные и водородные бомбы). При этом все большее применение получают не только радиоактивные, но и другие вещества, обладающие искусственной (созданной человеком) радиоактивностью, так называемые радиоактивные изотопы.

Воздействие на живые организмы.

Прежде чем говорить о механизмах биологического воздействия радиации, нужно вспомнить виды радиоактивного излучения.

К основным видам радиоактивного распада относят А-распад, В-распад, электронный захват и спонтанное деление. Все эти виды радиоактивности часто сопровождаются испусканием у- лучей, т. е. «жесткого» потока фотонов с малой длиной волны.

При а-распаде радионуклиды испускают ядра атомов гелия He, В-распад сопровождается испусканием обычных электронов. При электронном захвате ядро атома поглощает один из электронов атомной оболочки; взаимодействие этого электрона с протоном ядра приводит к образованию нейтрона, а сам элемент при этом превращается в другой с уменьшением заряда ядра на единицу.

Спонтанное деление — это самопроизвольный распад ядер тяжелых элементов на два и более ядер атомов элементов, находящихся в середине периодической таблицы  Д. И. Менделеева; при этом распадающееся ядро испускает несколько нейтронов. В процессах ядерных распадов могут также образовываться и другие частицы (протоны, позитроны, короткоживущие мезоны и т. д.).

Из волновых излучений наибольшую опасность представляют два типа. Рентгеновское излучение (X = 5 • 10~8 — 5 • Ю-12 м), подобное обычному свету, но с более короткой длиной волны (а значит, и с большей энергией фотонов), было открыто немецким ученым В. Рентгеном в  1895 г.

Гамма-излучение еще более коротковолновое (А, = 5 • 10—" — — 5 • 10~~'3 м), с высокой проникающей способностью. Этот тип излучения характерен для радиоактивных веществ, например радия или естественного радиоактивного изотопа калия-40, по которому определяют радиоактивность человеческого тела. Последний изотоп может также служить причиной определенного уровня радиоактивности у калийных удобрений.  Все перечисленные виды радиации (и корпускулярные, и волновые) в конце концов, поглощаются биологическими системами с одинаковыми последствиями: электронные оболочки атомов в клетках деформируются и атомы ионизируются. В итоге биологическое повреждение клеток производят быстродвижущиеся электроны, выбитые из атомов — независимо от типа первоначальной радиации.

Однако по «силе разрушения» в клетке, по плотности выделения энергии на единицу расстояния, пройденного волной или частицей, все перечисленные виды радиации сильно отличаются друг от друга. Так, тяжелые частицы (а-частицы) создают зону чрезвычайно высокой плотности ионизации, легкие же частицы (электроны или электроны, выбитые рентгеновскими и/или у- лучами) создают зону низкой плотности ионизации, вызывая другие биологические эффекты.

Степень выносливости различных организмов, а также клеток и тканей к действию ионизирующих излучений называют радиочувствительностью. Мерой ее служит значение дозы облучения, вызывающей гибель 50% организмов или клеток,— ЛД50, которая измеряется в радах (рад). Один рад — внесистемная единица поглощенной дозы ионизирующих излучений, равная энергии излучения 100 эрг, поглощенной массой в 1 г (1рад = = 0,01  Дж/кг).

Радиочувствительность у различных биологических объектов сильно отличается:

Выделяют два типа биологических повреждений, вызываемых радиацией (ионизирующими излучениями).

Физический, или «пулеобразный» (I тип). В этом случае выбитые электроны разрушают молекулярные связи непосредственно в структуре, где они были выбиты. Такое прямое воздействие, протекающее очень быстро, служит главной причиной повреждения ДНК в ядрах клеток при облучении, приводя к генетическим мутациям и нарушениям.

Химический  или косвенный (II тип). Здесь ущерб биологической структуре наносят реакционные частицы, которые образовались вдали от этой структуры, но приблизились к ней в результате блужданий. Например, содержащийся в клетке кислород, захватывая выбитые электроны, превращается в ион-радикал О-2. Этот ион-радикал токсичен, так как способен активно окислять фосфолипиды мембран, нарушая их целостность и функционирование.

При первом типе биологического повреждения тяжелая ионизирующая частица (например, а-частица), проходя через ядро клетки, разорвет обе нити ДНК с большей вероятностью, чем легкая частица (В-частица), производящая слабую ионизацию. Однако для второго, косвенного типа воздействия картина представляется обратной. Легкие частицы, создавая при прохождении через клетку низкую локальную концентрацию свободных ион - радикалов или радикалов, более опасны, чем тяжелые частицы. Дело здесь в том, что, чем меньше концентрация радикалов на определенном участке пути, пройденном ионизирующей частицей, тем меньше между радикалами происходит реакций рекомбинации и более длинен путь блужданий самого радикала, а значит, тем вероятнее радикал поразит важную клеточную структуру (например, ДНК или мембрану).

При одинаковой поглощенной энергии и дозе излучения а - частицы в 10—30 раз более опасны по биологическому действию, чем В -, у - или рентгеновские лучи. Международной комиссией по радиологической защите (МКРЗ) а - излучающие радионуклиды (уран, радий, торий) признаны наиболее токсичными из всех радиоактивных элементов.

При испытании ядерного оружия, обработке радиоактивных руд, а также при выбросах или авариях на атомных электростанциях (АЭС) в биосферу попадают осколки от деления ядер атомов урана  и  плутония — радиоактивные изотопы  иода 131I, бария И0Ва, цезия 137Cs, стронция ^Sr. О последних двух мы уже упоминали

Громадную опасность представляет радионуклид 131I, который концентрируется в щитовидной железе и излучает мощные В-лучи. Пораженная железа получает дозу, примерно в 100 раз превышающую дозу облучения от у- лучей иода, содержащегося в теле человека или почве.

С радиоактивным загрязнением биосферы связывают возросшее за последнее время число заболеваний лейкемией, отклонения и уродства на ранних этапах развития младенцев, а также сокращение сроков продолжительности жизни. Существует мнение, что на первых стадиях развития многоклеточных организмов каждый радиоактивный атом приблизительно в 10— 100 млн. раз (!) токсичнее, чем молекула печально известного тератогенного соединения талидомида.

Ядерные взрывы в атмосфере в 50-х гг. привели к тому, что существенное количество радионуклида 90Sr, поглощенное растениями из воздуха, по пищевой цепи дошло до человека и отложилось в костях. Изотоп 90Sr вызывает острую лейкемию, излучая В-частицы, которые нарушают процесс образования эритроцитов.

Следует также напомнить, что радиологическую обстановку в районах, пострадавших от последствий аварии на Чернобыльской АЭС, определяли в основном четыре элемента: иод (изотоп |131I), цезий (изотопы 134Cs и l37Cs), стронций (главным образом изотоп ^Sr) и плутоний (изотопы 239Ри и 240Ри).

                                                                                                                                                               Разработка эксплуатации безопасных ядерных источников энергии необычайно сложна. Число радиоактивных осколочных изотопов (а среди них, кроме названных, есть еще из газообразных элементов 85Кх, 133Хе, тритий 3Н и из твердых 147Pm, Ru, 95Zr, периоды полураспада которых составляют от нескольких дней до 30 лет) увеличивается вместе с развитием атомной энергетики. Захоронение их, обезвреживание осколочных изотопов — проблема исключительной трудности. Многие страны в настоящее время вообще отказываются от строительства новых АЭС и перепрофилируют старые.

Вместе с тем существуют заключения компетентных комиссий (например, МАГАТЭ), доказывающие, что в настоящее время ядерной энергетике нет альтернатив. Приводятся расчеты вероятностного риска, показывающие, например, что суммарное число вероятных смертей от выхода захороненных под землей радиоактивных отходов в биосферу меньше 0,001 от числа смертей, вызванных загрязнителями, образующимися при сжигании угля (при получении равного количества энергии). Канцерогены — соединения бериллия, кадмия, никеля и хрома, образующиеся при сгорании традиционного топлива,— будут вызывать в 1000 раз больше смертельных исходов, чем ядерные захороненные остатки.

Как бы то ни было, положение чаш весов — использование/безопасность — может определять только разумный, знающий и ответственный человек.

Воздействие на окружающую среду.

Радиоактивное загрязнение — особый тип загрязнения окружающей среды. Радиоактивность изотопов элементов, встречающихся в природе, называют естественной радиоактивностью. Радиоизотопы (радионуклиды) могут быть получены и искусственно (например, радионуклид фосфора, которого не существовало в природе,  1530Р). Такие радионуклиды проявляют искусственную радиоактивность.

Однако радиоактивность — неотъемлемая характеристика окружающей среды (так называемая фоновая радиация), которая существовала и до появления на Земле человека. Проблема радиоактивного загрязнения биосферы возникла из-за того, что человеческая деятельность привнесла в окружающую среду новые источники радиации, прежде всего ядерную энергетику. Долгое время на фоновую (природную) радиацию не обращали внимания как на несущественную. В пользу последнего тезиса приводили обычно довод успешного развития жизни на Земле, несмотря на постоянное воздействие природных излучающих источников. Однако сейчас ученые считают, что даже, казалось бы, безвредная фоновая радиация недооценена по своей опасности для живых существ примерно в 100—1000 раз! Отсюда понятна тревога специалистов по поводу возрастающего уровня радиоактивных   загрязнений,   обусловленных   деятельностью   человека.

Источниками радиоактивного облучения человека, кроме фоновой радиации, могут быть:

-естественно встречающиеся радионуклиды чрезвычайно высокой концентрации;

-диагностические рентгеновские лучи и радиоизотопы;

-выпадающие радиоактивные осадки (как природного, так и антропогенного происхождения);

-выбросы и отходы ядерных реакторов;

-испытания ядерного оружия;

-предприятия по химической переработке ядерного топлива (например, урановых руд).

Воздействие АЭС на окружающую среду.

Техногенные воздействия на окружающую среду при строительстве и эксплуатации атомных электростанций многообразны. Обычно говорят, что имеются физические, химические, радиационные и другие факторы техногенного воздействия эксплуатации АЭС на объекты окружающей среды.

Наиболее существенные факторы :

-локальное механическое воздействие на рельеф - при строительстве;

-повреждение особей в технологических системах - при эксплуатации;

-сток поверхностных и грунтовых вод, содержащих химические и радиоактивные компоненты;

-изменение характера землепользования и обменных процессов в непосредственной близости от АЭС;

-изменение микроклиматических характеристик прилежащих районов.

Возникновение мощных источников тепла в виде градирен, водоемов - охладителей при эксплуатации АЭС обычно заметным образом изменяет микроклиматические характеристики прилежащих районов. Движение воды в системе внешнего теплоотвода, сбросы технологических вод, содержащих разнообразные химические компоненты оказывают травмирующее воздействие на популяции, флору и фауну экосистем.

Особое значение имеет распространение радиоактивных веществ в окружающем пространстве. В комплексе сложных вопросов по защите окружающей среды большую общественную значимость имеют проблемы безопасности атомных станций (АС), идущих на смену тепловым станциям на органическом ископаемом топливе. Общепризнанно, что АС при их нормальной эксплуатации намного - не менее чем в 5-10 раз "чище" в экологическом отношении тепловых электростанций (ТЭС) на угле. Однако при авариях АС могут оказывать существенное радиационное воздействие на людей, экосистемы. Поэтому обеспечение безопасности экосферы и защиты окружающей среды от вредных воздействий АС - крупная научная и технологическая задача ядерной энергетики, обеспечивающая ее будущее. Чрезвычайно сложным и экологически опасным процессом является демонтаж АЭС по окончании её нормальной эксплуатации (после исчерпания ресурса).

Отмечу  важность не только радиационных факторов возможных вредных воздействий АС на экосистемы, но и тепловое и химическое загрязнение окружающей среды, механическое воздействие на обитателей водоемов-охладителей, изменения гидрологических характеристик прилежащих к АС районов, т.е. весь комплекс техногенных воздействий, влияющих на экологическое благополучие окружающей среды.

Выводы и рекомендации.

  В отличие от других видов загрязнений среды радиоактивное наиболее опасно, поскольку период полураспада некоторых радиоактивных веществ велик и они накапливаются в природе. В настоящее время часть жидких отходов атомной промышленности (например, воду, охлаждающую реакторы) сбрасывают в моря или реки; твердые же отходы помещают в специальные контейнеры, которые опускают на дно океанов. Количество радиоактивных отходов ежегодно увеличивается в связи с постройкой все новых реакторов. Таким образом, обслуживание атомных установок требует соответствующих знаний, позволяющих избежать вредных последствий их эксплуатации.

В настоящее время все активнее дискутируются вопросы защиты окружающей среды в контексте охраны здоровья человека. Это знаменует собой грядущие важные изменения в области радиационной защиты от излучений. После прошедшего периода, когда основные акценты были с успехом расставлены на охране здоровья человека, сейчас радиационная защита от излучений включает в сферу своих интересов и озабоченности также животный мир, растительность и абиотические компоненты окружающей среды, подчеркивая при этом, что здоровый человек требует здоровой окружающей среды. В этой связи радиоэкология, которая изучает влияние радиоактивности на окружающую среду, одновременно и играет ключевую роль, и несет особую ответственность.

Таким образом, радиоактивные вещества занимают особое место среди загрязняющих окружающую среду агентов. Радиоактивный фон нашей планеты складывается из четырех основных компонентов:

1.  излучение от космических источников;
2.  излучения от рассеянных в окружающей среде первичных радионуклидов;
3.  излучения от естественных радионуклидов, поступающих в окружающую среду от производств, не предназначенных непосредственно для их получения;
4.  излучения от искусственных радионуклидов, образованных при ядерных взрывах и вследствие поступления отходов от ядерного топливного цикла и других предприятий, использующих искусственные радионуклиды.

Принципы радиационной безопасности:

1. Не превышать установленного основного дозового эффекта
2.  Исключить всякое необоснованное облучение
3.  Снижать дозы облучения до возможно низкого уровня.

Таким образом, мы должны как можно больше знать о радиоактивных излучениях, что  позволит    избежать вредных последствий  

Литература

1.  Т.Х.Маргулова “Атомная энергетика сегодня и завтра” Москва: Высшая школа, 1989г.
2. В.П.Кащеев “Ядерные энергетические установки” Минск: Вышейша школа, 1989 г
3. Ю. В. Сивинце “Радиация и человек” Москва: Знание, 1987 г.
4. Григорьев Ал.А.Экологические уроки прошлого и современности.- Л.:Наука, 1991
5. Интернет