Полная версия

Главная arrow Экология arrow Биогеохимия радионуклидов

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

БИОГЕОХИМИЯ ИСКУССТВЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ

Исследователи, научившиеся расщеплять и создавать элементы по своему усмотрению, смогут впоследствии осуществлять такие превращения вещества взрывного типа, которые могут быть аналогичны цепным химическим реакциям.

Однако, если разложение распространится на все элементы нашей планеты, то последствия развязывания такого катаклизма могут только вызвать тревогу.

Ф. Жолио-Кюри, 1935

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Искусственные радионуклиды, которые в виде радиоактивных загрязнений могут оказаться в окружающей среде, в зависимости от генезиса подразделяют на три группы: продукты ядерного деления, радионуклиды наведенной активации и трансурановые элементы.

Первую группу образуют радионуклиды — продукты ядерного деления, или осколочные радионуклиды, возникающие в реакциях деления ядер 235и, 238и, 239Рп и др. (см. рис. 3.11). Основными источниками этой группы радионуклидов в биосфере явились ядерные взрывы в Хиросиме и Нагасаки (1945 г.), испытания ядерного оружия, а также аварии на предприятиях ядерного топливного цикла и атомной промышленности. К наиболее экологически значимым радионуклидам этой группы относятся 1311, 137С$, 908г.

Вторую группу искусственных радионуклидов составляют продукты наведенной активации, образующиеся в результате ядерных реакций элементарных частиц (в основном нейтронов) с ядрами атомов некоторых легких стабильных элементов, входящих в состав материалов конструкции и теплоносителей ядерных реакторов, корпусов ядерных боеголовок, а также в результате ядерных реакций с атомами почв, грунтов и воздуха (например, при надземном ядерном взрыве). Общая активность этих радионуклидов обычно невелика, кроме того, большинство из них имеет короткие периоды полураспада, поэтому особого значения в биогеохимических процессах в биосфере продукты наведенной активации не имеют.

Третья группа искусственных радионуклидов — трансурановые элементы, возникают в ядерно-энергетических установках и при

ядерных взрывах в результате последовательных ядерных реакций с ядрами атомов делящегося материала и последующего радиоактивного распада образовавшихся сверхтяжелых ядер. Радионуклиды этой группы (радиоизотопы Нр, Ри, Ат, Ст и др.) в основном а-активные, характеризуются очень высокой радиотоксичностью, большим периодом полураспада и отсутствием стабильных изотопных аналогов в природе.

Ядерные взрывы в военных и мирных целях. Начиная с 1945 г. в мире было произведено более 2000 испытаний ядерного оружия, примерно четвертая их часть — в виде наземных и атмосферных взрывов. Выброс радиоактивных веществ в отдельные годы (особенно в 1954—1958 и 1961 — 1962 гг.) достигал 104—105 МКи в год. Всего в результате ядерных испытаний в окружающую среду попало 26-41 МКи 137Сб, 20-35 МКи 908г, 1,5 МКи 241Аш.

В 1963 г. был заключен Договор об ограничении испытаний ядерного оружия в трех средах (в атмосфере, под водой и в космосе), и количество ядерных испытаний значительно сократилось. В настоящее время все ядерные державы придерживаются моратория на любые ядерные взрывы, включая подземные.

Ранее в СССР предпринимались попытки «мирного» использования ядерных взрывов, например в целях интенсификации газо- и нефтеотдачи на промыслах, для создания подземных емкостей для хранения газового конденсата, тушения пожаров, создания траншей (каналов) и плотин и т.п. Всего за время между 1964 и 1989 гг. в СССР осуществлено 124 подземных ядерных взрыва промышленного назначения. Наибольшее количество таких взрывов произведено в Казахстане (30), Астраханской области (15), Якутии (12), Красноярском крае (9), Пермской и Тюменской областях (по 8). Несмотря на значительную глубину заложения зарядов, из-за образования в грунтах трещин и каналов такие взрывы в ряде случаев сопровождались выбросами радиоактивных веществ на поверхность, что привело к появлению локальных очагов загрязнения в ряде областей.

Аварии на ядерных объектах. Комбинат «Маяк» (Челябинская область). При радиохимическом производстве оружейного плутония на этом предприятии с 1947 г. низко- и среднеактивные отходы сливали в р. Теча, ас 1951 г. основной сброс перевели на бессточное озеро Карачай, где было накоплено до 120 МКи активности. В 1967 г. в результате сильной засухи частично обнажилось дно озера, что привело к ветровому переносу высохшего радиоактивного ила на расстояние до 50—75 км и вторичному загрязнению, частично наложившемуся на старый след Кыштымской аварии. В настоящее время озеро постепенно засыпают.

Кыштымская авария произошла также на комбинате «Маяк» 29 сентября 1957 г. Из-за отказа системы теплоотвода на одной из бетонных емкостей (около 250—300 м3) с высокоактивными жидкими РАО произошел мощный взрыв с выбросом радиоактивного материала на высоту до 1—2 км. Суммарная активность выброса в Кыш-тыме оценена в 20 МКи, из которых 18 МКи выпало непосредственно на промплощадке и 2 МКи — за пределами комбината, на территории Челябинской, Екатеринбургской и Тюменской областей, что привело к образованию Восточно-Уральского радиоактивного следа (ВУРС) протяженностью до 300—350 км и шириной 30—50 км. Экологически значимое загрязнение 90Бг с плотностью более 0,1 Ки/км2 имело место на площади около 26000 км2, а сверхвысокое загрязнение с плотностью свыше 100 Ки/км2 - на площади 280 км2 (137С5 в составе выбросов практически не было). Облучению подверглись 272 тыс. чел. в 217 населенных пунктах, около 6 тыс. чел. получили дозу более 1 Зв.

Авария на Чернобыльской АЭС произошла утром 26 апреля 1986 г. в результате неконтролируемого разгона цепной реакции деления урана, приведшего к сильному разогреву и химическому взрыву реактора. Первичный выброс содержимого реактора составил ориентировочно 6—8 т ядерного горючего с накопившимися продуктами деления и другими побочными продуктами работы реактора. При взрыве большая масса радиоактивного материала поднялась в воздух на высоту до 1,5—2 км (некоторая часть — даже до 5 км). Последовавший за взрывом пожар, продолжавшийся в течение 10 сут., привел к выгоранию около 25% массы графита в реакторе. Вследствие частой смены направления ветров образовалось обширное загрязнение территорий Украины, Беларуси и России на общей площади около 120 тыс. км2 (приблизительно 60 тыс. км2 — в России и столько же — в Украине и Беларуси) с общей численностью населения 7,2 млн чел. Общая активность выброса, по оценке международного Чернобыльского форума (2005 г.), составляет 380 МКи (включая инертные газы). Сразу после аварии закрыта для проживания 30-километровая зона вокруг ЧАЭС, в которой выпала примерно половина всех осадков (по радиоактивности). Из хозяйственного пользования выведено первоначально 144 тыс. га сельскохозяйственных земель и 492 тыс. га лесных угодий; общая площадь радиоактивного загрязнения земель лесного фонда — около 1 млн га.

Всего на территории РФ от Чернобыльской аварии пострадали 17 областей. Наиболее высокие уровни загрязнения сформировались в Брянской, Тульской, Калужской и Орловской областях. В Украине под радионуклидное загрязнение попали Черниговская, Житомирская и Киевская, в Беларуси — Гомельская и Могилевская области. Загрязнения отмечены также в Швеции, Финляндии, Норвегии, Германии, Польше, Румынии, Югославии и некоторых других странах.

Из других аварий на ядерных объектах на территории нашей страны следует назвать аварию на Ленинградской АЭС (1992 г.) — небольшой выброс радиоактивных продуктов через вентиляционную трубу из-за неисправности системы охлаждения, и на комбинате Томск—7 (1993 г.) — выброс радиоактивных аэрозолей в результате взрыва на технологическом аппарате радиохимического производства 239 Ри.

Из крупнейших аварий мира следует упомянуть аварии в Уинд-скейле, Великобритания, 1957 г. (пожар в активной зоне реактора по наработке плутония с выбросом в атмосферу и загрязнением земель юго-восточного побережья Англии) и на АЭС Три-Майл-Айленд, США, штат Пенсильвания, 1979 г. (расплавление значительной части топлива в активной зоне реактора из-за нарушения системы охлаждения; выброс радионуклидов в окружающую среду имел ограниченные размеры).

Авария на АЭС Фукусима произошла 11 марта 2011 г. Сильнейшее в истории Японии землетрясение и последовавшее за ним цунами вывели из строя системы нормального и аварийного охлаждения, что привело к расплавлению активной зоны реактора первого энергоблока. Японская Комиссия по ядерной безопасности присвоила аварии 7-й уровень опасности. По разным оценкам, в результате аварии в биосферу поступило 1,3—1,5 • 1017 Бк (3,5—4,1 МКи) |311 и 6,1 • 1015— 1,2 • 1016 Бк (0,17—0,32 МКи) 137Cs. Загрязнению подверглись площади вокруг станции (80-километровая зона) и значительные рыбопромысловые территории океана.

Международным агентством по атомной энергии (МАГАТЭ) разработана шкала ядерных событий, в соответствии с которой все происшествия на АЭС или других ядерных объектах подразделяются (с точки зрения тяжести последствий) на 8 уровней. Высший, 7-й уровень приписывают крупной аварии с катастрофическими последствиями (Чернобыльская и Фукусимская катастрофы), 6-й и 5-й уровни — серьезным авариям и авариям с риском для окружающей среды. Такими были Кыштымская авария на комбинате «Маяк» и аварии на реакторах в Уиндскейле и Три-Майл-Айленде. Уровнем ниже 4-го определяют инциденты и аномалии, не имеющие радиационных последствий, и нулевым уровнем — отклонения, не имеющие значимости с точки зрения безопасности.

Ядерная энергетика в настоящее время стала важным компонентом мирового производства электроэнергии. Число стран, которые не менее пятой части всей вырабатываемой электроэнергии получают на АЭС, приближается к 20. По суммарной мощности атомных станций лидируют США, Франция, Япония, Россия и Южная Корея (табл. 5.1; Nuclear power reactors in the world IAEK, 2014).

Атомная энергетика некоторых стран мира

Страна

Количество энергоблоков

Вырабатываемая энергия, МВт

США

104

101 465

Франция

58

63 130

Япония

50

44 210

Россия

33

23 643

Южная Корея

23

20 671

Индия

20

4391

Канада

18

12 604

Китай

16

11 814

Великобритания

16

9246

Украина

15

13 101

Швеция

10

9325

Германия

9

12 068

Испания

8

7567

Бельгия

7

5927

Чехия

6

3766

Швейцария

5

3263

Некоторые страны (Германия, Канада, Бельгия, возможно, Швеция) из-за изменившегося после Чернобыльской и Фукусимской катастроф отношения общественности к безопасности этой отрасли предполагают в дальнейшем постепенно закрывать свои станции, тогда как ряд других, особенно развивающихся стран Азии и Латинской Америки, возлагают большие надежды на ядерную энергетику и строят новые АЭС. В РФ доля ядерной энергетики в общем производстве электроэнергии составляет 17%.

Неоспоримое преимущество выработки электроэнергии на атомных станциях — использование гораздо меньших объемов топлива в сравнении с другими видами горючего. Энергия, вырабатываемая в реакторе от использования всего 7 г урана, эквивалентна сжиганию 730 кг угля, 570 кг нефти, 600 л бензина или 500 000 м3 природного газа.

Ядерная энергетика имеет также определенные преимущества по себестоимости вырабатываемой энергии. Кроме того, использование атомной энергии делает экономику менее зависимой от истощающихся запасов ископаемого топлива. Главное преимущество АЭС с экологической точки зрения состоит в том, что их функционирование не связано с эмиссией С02 и других «парниковых» газов, как при сжигании горючих видов топлива.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>