9.3.5. Радіоактивне забруднення навколишнього середовища

Радіоактивні матеріали небезпечні своїм іонізуючим випромінюванням. Іонізуюче випромінювання буває кількох видів: альфа-випромінювання є потоком ядер гелію, бета-випроміню-вання – це потік швидких електронів, гамма-випромінювання -короткохвильове випромінювання, близьке до рентгенівських променів. Завдяки високій енергії радіоактивне випромінювання здатне відривати електрони з їх орбіталей та створювати позитивно та негативно заряджені іони.

Радіоактивне випромінювання виникає при спонтанному розпаді ядер деяких елементів (урану, радію, плутонію й ін.). Основний ефект такого випромінювання полягає в здатності викликати іонізацію атомів інших речовин, тобто відщеплювати від них один чи кілька електронів, розколюючи таким чином електрично нейтральну молекулу на заряджені частки.

Існує чотири форми іонізуючого радіоактивного випромінювання.

Альфа-частинки складаються з двох протонів і двох нейтронів і являють собою ядра гелію. У повітрі вони переміщуються на кілька міліметрів, у тілі людини не проникають далі шкіри, але вдихувані з повітрям можуть ушкоджувати тканини легень.

Бета-частинки – це електрони чи позитрони. У повітрі вони розповсюджуються на кілька метрів, у тканинах людини – на кілька міліметрів.

Гамма-промені являють собою електромагнітне випромінювання, яке має здатність до іонізації. Нижня частина енергетичного спектру цих променів називається рентгенівськими променями. Проникаюча здатність гамма-променів дуже велика.

Нейтрони – нейтральні частинки, здатні викликати іонізацію побічно.

Енергетичною одиницею виміру випромінювання є кулон (Кл), що відповідає випромінюванню, яке приводить до утворення в сухому атмосферному повітрі іонів із зарядом у 1 Кл. Для цієї ж мети іноді використовують рентген (Р). При цьому 1 Р дорівнює 2,58 • 10⁴ Кл/кг. Одиницею для виміру власне поглиненої дози випромінювання служать грей (Гр) чи рад, який дорівнює 10² Гр.

В екології особливо зручний рад. Один рад – це доза випромінювання, при якій 1 м живої тканини поглинає 100 ергів енергії.

Як одиниця активності нуклідів виступає бекерель (Бк), що відповідає такій активності радіонукліда, при якій за 1 секунду відбувається один розпад.

Біологічна дія випромінювання залежить не тільки від дози, але й від його біологічної ефективності, тому в екології стосовно живих організмів використовують біологічний еквівалент рентгена – бер. У системі СІ бер замінений зівертом (Зв) так, що 1 Зв дорівнює 1 Дж/кг чи 102 бер.

Порівняльна характеристика одиниць вимірювання радіоактивності наведена в табл. 9.6.

У природі є багато джерел природного іонізуючого випромінювання. Радіацію породжують радіоактивні ізотопи багатьох елементів, що знаходяться в складі гірських порід та мінералів. Головними з них є калій-40 та вуглець-14. Несприятливість біологічної дії радіоактивних речовин пов’язана не тільки з їхньою разовою дією. Велика кількість радіонуклідів можуть акумулюватися в організмах на тривалий час. Так, стронцій-90 накопичується в кістках, йод-131 – у щитовидній залозі, цезій-137 включається в активний метаболізм, витісняючи азот. Чутливість різних організмів до радіоактивного випромінювання не однакова. За правилом Бергоньє і Трибондо, відкритим ще в 1906 році, у межах одного організму найбільш чутливими є недиференційовані клітини та тканини, які характеризуються підвищеною ферментативною активністю. У тварин та людини це кровотворні тканини та залози внутрішньої секреції, у рослин – меристема.

Біологічна дія випромінювання залежить від розміру дози, що діє за одиницю часу. Помічено, що високі дози опромінення, що діють одноразово, менш шкідливі, ніж низькі дози, що діють тривалий час.

Середня доза іонізуючого випромінювання в сучасних індустріальних країнах у середньому дорівнює 2,4 мЗв/рік. Загальний фон радіоактивного випромінювання на території України складає 70-200 мбер/рік. На поверхні землі до 50% загального природного фону радіоактивного випромінювання дає радон-222, що утворюється при розпаді урану-238. Він є в ряді гірських порід, їхнє використання для отримання будівельних матеріалів привело до зростання концентрації радону в жилих приміщеннях (рис. 9.3). Звичайна концентрація радону в повітрі коливається від 1 до 20 Бк/м³, але в міських помешканнях при використанні будівельних матеріалів, що містять радон, вона підвищується до 20-69 Бк/м³. Припустимий рівень радонового опромінення складає 200 Бк/м³. Перебування в зоні цього випромінювання викликає руйнацію тканин легень і створює умови для розвитку ракових захворювань. Зниження дози випромінювання радоном досягається досить легко – частим та активним провітрюванням жилих та виробничих приміщень.

Проблема радіоактивного забруднення природного середовища загострилася після винаходу ядерної зброї та розвитку атомної енергетики. Антропогенне радіоактивне забруднення довкілля починається з урановидобувних та переробних підприємств, які спричинюють забруднення ураном-238 та торієм-232. При виробництві ядерної зброї та роботі АЕС накопичуються відходи. За підрахунками Г. Жорпетте та Г. Стікса (1990), до 1995 року обсяги низькорадіоактивних відходів АЕС світу складатимуть 370 тис. м³, а високорадіоактивних – 3,8 тис. м³.

99,9% радіоактивних відходів АЕС утримується у твелах реакторів. До захоронения їх зберігають 15-50 років у спеціальних сховищах. Полігони з відходами АЕС фактично втрачені для людства на термін у 100 тисяч років. Не вирішує проблему й захоронения радіоактивних речовин в океанах.

Яскравим прикладом небезпеки, створюваної атомною енергетикою та атомним озброєнням, є аварія на Чорнобильській АЕС у 1986 році. В її результаті в навколишнє середовище були викинуті радіоактивні ізотопи свинцю-239, цезію-137, стронцію-90, плу-тонію-240. Усього в атмосферу надійшло 77 кг радіоактивних речовин, що відповідає випроміненню в 1019 Бк або 50 млн. Кі (Національна доповідь Міністерства охорони навколишнього природного середовища України, Київ, 1992).

Причина аварії мала комплексний характер: грубі помилки персоналу в поєднанні з поганим державним наглядом за експлуатацією АЕС і недоліками конструкції. Аварія сталася внаслідок проведення на діючому реакторі експерименту, метою якого було визначити, чи вистачить накопиченої енергії турбогенератора, що продовжує обертатися після зупинки реактора, для того щоб за 1 хвилину запустити аварійний дизельний генератор, який

дає енергію для роботи насосів водного охолодження реактора. Але при проведенні експерименту реактор був переведений у важкокерований режим, відключені тривожна сигналізація й упущений момент зупинки реактора. Він вийшов з-під контролю і вибухнув.

Маса радіоактивних речовин була викинута на висоту близько 10 тисяч метрів і внаслідок переміщення повітряних мас охопила радіоактивним забрудненням площу, більшу за 10 тис. км². Радіоактивні речовини, що були викинуті під час аварії, потрапили у всі шари атмосфери і вітром були рознесені по всьому світу. У нижніх шарах атмосфери вітер розніс радіонукліди на захід від Чорнобиля, в середніх шарах атмосфери, де була основна маса радіонуклідів, – на Білорусію та Скандинавію, а у верхніх шарах – на Китай, Японію та СІЛА. Із загального радіоактивного викиду в Україну потрапило 25%, Білорусію – 70%, Росію та інші країни – 5%.

В Україні від наслідків аварії постраждало 2,5 млн. людей, які проживали в 11 областях. У Білорусії тією чи іншою мірою ураженою виявилася територія в 40 тис. км², на якій проживало 2,2 млн. людей. В Україні в зоні вираженого радіоактивного забруднення опинилося 169 населених пунктів і два міста -Чорнобиль і Прип’ять.

За підрахунками Ж. Медведева (1992) ліквідація наслідків Чорнобильської аварії дорівнювала вартості 54 атомних реакторів такого типу, як аварійний. Таким чином, одна аварія АЕС за вартістю перекрила економічні переваги, які надає атомна енергетика.

Після ліквідації аварії навколо аварійного блоку Чорнобильської АЕС був споруджений об’єкт «Укриття», призначений для тривалої консервації блоку і запобігання викидів радіоактивних речовин. У даний час для безпеки населення Чорнобильська АЕС цілком виведена з експлуатації.

Однією з найбільш гострих і невирішених проблем атомної енергетики і виробництва атомної зброї є збереження відходів. Деякі радіоактивні відходи можуть залишатися активними впродовж мільйонів років. Ряд технічних прийомів їх збереження після іспитів і вивчення були відкинуті. Закачування рідких відходів у свердловини на глибину в кілька сот метрів показало, що вони швидко мігрують, досягають ґрунту і ґрунтових вод. Спостерігається подібна міграція і при накачуванні відходів у старі шахти. Запропоноване збереження відходів у льодовикових щитах украй небезпечне через міграцію льодів і утворення айсбергів з ядерними відходами. Дуже небезпечний і запуск їх у контейнерах у космос. Аварія при запуску ракети може призвести до забруднення величезної поверхні планети, та й економічно цей спосіб не вигідний, оскільки кількість відходів надто велика.

Зовсім неприпустимим є скидання контейнерів з відходами в море, тому що після їхньої розгерметизації ядерні відходи течіями будуть розноситися на великі відстані.

У даний час заслуговують розгляду три способи.

1. Поховання в геологічних формаціях, при яких відходи в спеціальних контейнерах розміщуються на великій глибині в спеціальних інженерних спорудженнях.

2. Поховання в товщі морського дна у свердловинах, пробурених на кілька десятків чи сотень метрів. Таке поховання забезпечує їх надійну і тривалу ізоляцію. Практично неможливий і несанкціонований доступ до таких місць збереження.

3. Поховання під земною корою, яка має товщину в 20-70 км на суші і 5-10 км під океанами (рис. 9.4), може виявитися цілком надійним способом, але він є неприпустимим у районах вулканічної активності.

Поки що різні країни вирішують збереження ядерних відходів не однаково. Бельгія, Італія, Німеччина здійснюють репроце-синг відходів за кордоном, а збереження ведуть на своїй території в шарах глини чи кристалічних породах. CUT А після репро-цесингу зберігають відходи у вулканічному туфі. Росія самостійно проводить репроцесинг, зберігає ядерні відходи в шарах вічної мерзлоти чи граніту, а також надає свою територію для збереження відходів іншим країнам.

Репроцесинг – це радіохімічна переробка ядерного палива з виділенням із нього урану, плутонію і продуктів їхнього поділу.

Не дивно, що навколо атомної енергетики до сьогодення йдуть гострі дискусії. Але, незважаючи на побоювання з приводу небезпеки АЕС і труднощі з ліквідацією відходів, триває активне будівництво нових ядерних реакторів (табл. 9.7). На кінець 1996 року у світі їх уже було 441, вони дають близько 18% усієї виробленої енергії (табл. 9.8).