И.Н.Бекман

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ РАДИОХИМИЯ

Курс лекций

Москва, 2003

Содержание

ПРЕДИСЛОВИЕ
ВВЕДЕНИЕ Предмет и задачи курса. Основные определения.
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ РАДИОХИМИЯ
1. Радионуклидный риск и экобезопасность.
Экология, защита среды обитания и безопасность жизнедеятельности. Глобальные, региональные и локальные проблемы радиоэкологии. Концепция Устойчивого развития ООН. Радиологический риск в оптимальной стратегии экоразвития. Экологическая физика, экологическая химия, химическая экология, радиоэкология, радиотоксикология. Экологическая радиохимия – наука об использовании идей и методов радиохимии в области охраны окружающей среды. Основные направления: изучение влияние ионизирующей радиации на химические и микробиологические процессы в окружающей среде, использование радионуклидов для изучения структуры и динамики атмосферы и гидросферы, качественный и количественный анализ радионуклидов в различных компонентах экосистемы, определение величины радиационной нагрузки на биоту и человека.
2. Радиоэкологический риск.
Экологическая безопасность и риск. Интегральный экологический риск. Научные, инженерные, юридические и экономические аспекты. Психология риска. Эмоциональный стресс и радиационная патология. Риск от мигрирующих радионуклидов: источник – дисперсия – миграция – экспозиция – доза – эффект. Выходные параметры риска: болезни или смерть человека, дискомфорт, повреждение отдельных компонентов экосистем. Экоцид. Хронический и катастрофический риск. Радиоэкологическая экспертиза: основные компоненты. Стратегия риск-анализа.
3. Радиационная безопасность.
Радиоактивность, типы распада, взаимодействие ионизирующего излучения с веществом, поглощенная доза, эквивалентная доза, пороговые эффекты, относительная биологическая эффективность, коллективная эффективная доза, дозы от внешнего облучения, защита от ионизирующего излучения, доза от внутренних источников излучения. Классификация доз: допустимая, оправданного риска, критическая. Нормы поступления радионуклидов в организм человека.
4. Радиационный риск.
Действие радиации на биологические объекты, предельно допустимые радиационные риски. Накопление радионуклидов в критическом органе. Радиационная чувствительность различных органов. Общая схема радиационного повреждения. Радиационный канцерогенез, лучевая болезнь, генетические заболевания, мутации, наследственность, гормезис. Эффекты синергизма. Профессиональный риск. Социально приемлемый уровень риска. Меры защиты. Радиопротекторы. Ядерно-физические, физико-химические и токсикологические характеристики наиболее экологически важных радионуклидов (тритий, углерод, цезий, стронций, радий, радон, криптон, плутоний и др.).
5. Экологические проблемы ядерной индустрии.
Производство компонентов ядерного оружия, ядерно-топливный цикл (открытый, замкнутый), атомная энергетика, транспортные установки и ядерный флот. Риски альтернативных вариантов ЯТЦ. Ядерная и химическая безопасность. Системы с внутренней безопасностью. Ядерные установки, как источники радионуклидов и излучений. Выбросы радионуклидов в окружающую среду работающими АЭС и другими предприятиями ядерно-топливного цикла. Безопасность радиохимических процессов производства ядерного топлива. Переработка отработанного ядерного топлива Экономические аспекты безопасности ядерной индустрии. Методы повышения безопасности ядерных установок. Радиационные риски различных способов получения энергии. Безопасность переработки и захоронения радиоактивных отходов. Виды отходов. РАО «двойной опасности». Проблема отработанного ядерного топлива. Международные критерии обращения с РАО. Отверждение отходов. Хранение отходов и отработанного ядерного топлива: требования к хранилищам. Захоронение отходов. Подземное захоронение жидких РАО. Коррозия отходов и выход радионуклидов в окружающую среду. Уничтожение отходов ядерным взрывом. Радиационная безопасность при уничтожении ядерного оружия и утилизации его компонентов. Проблема оружейного плутония. Радиохимические, ядерно-физические и термоядерные методы утилизации плутония и минорных актинидов.
6. Экологические последствия аварий на предприятиях ядерной индустрии.
Классификация аварий и катастроф. Чрезвычайные экологические ситуации. Примеры. Причины ядерных аварий. Категории аварийных радиоактивных выбросов. Развитие промышленной аварии в пространстве и времени. Локализация аварии. Ликвидация последствий аварий: дезактивация и рекультивация. Аварии на морских судах с ядерными двигателями.
7. Испытания ядерного оружия и их экологические последствия.
Ядерные полигоны. Эволюция экологической ситуации на ядерных полигонах СНГ. Примеры: Семипалатинск, Новая Земля. Глобальные выпадения искусственных радионуклидов в результате ядерных испытаний. Отдаленные экологические и медико-биологические последствия. Атомные войны и ядерная зима. Математические модели глобальных катастроф.
8. Радиационный мониторинг окружающей среды. Методы регистрации ионизирующих излучений. Радиометрические и спектрометрические методики. Твердотельные пленочные детекторы. Классификация систем мониторинга радионуклидов в природных и техногенных средах. Передвижные и стационарные системы комплексного мониторинга. Методы отбора проб грунта, почв, вод и воздуха, а также биологических объектов. Мониторинг радионуклидов в различных средах: атмосфера, гидросфера, почва. Извлечение, концентрирование и очистка различных радионуклидов и стабильных веществ методами макро-, микро- и ультрафильрации, флотации, соосаждения, адсорбции на гранулированных и волоконных адсорбентах, экстракции, ионно-обменной хроматографии и мембранной технологии. Примеры: анализ на 137Cs, 89,90Sr, 40K, 239Pu, 238U, 232Th, 226Ra , 229Pu, 222,220Rn и их продукты распада. Радиационный- и радионуклидный мониторинг морей и океанов. Роль атмосферных факторов (колебания атмосферного давления, влажности, направления и скорости ветра и др. параметров на точность мониторинга. Проведение подводной радоновой съемки (поиск подводных грязевых вулканов, гейзеров, геологических разломов с выходом радона и месторождений природного газа). Импакторы в анализе радиоактивности аэрозолей. Флуктуации природного радиационного поля и космического излучения. Фликкер-спектроскопия и геометрия фракталов, детерминированный хаос. Оценка надежности радиационного мониторинга окружающей среды. Математическое и программное обеспечение обработки и интерпретации результатов экспедиций радиоэкологической направленности. Обратные задачи мониторинга: локализация источников радионуклидов, восстановление пространственного распределения источников радиоактивного излучения в однородной неограниченной среде.
9. Радионуклиды в окружающей среде.
Природные радионуклиды в среде обитания. Проблема радона. Радон и продукты его распада: радиоактивные равновесия. Природные изотопы радона. Радон в урановых рудниках и хвостохранилищах. Радон в регионах. Примеры: Белокуриха, Бердянск, Усть-Каменогорск, Загорск, Кисловодск. Радон в жилище. Карты радонового риска. Миграция радона: роль метеоусловий и рельефа местности. Доза облучения живых организмов от радона и продуктов его распада в живых организмах. Радоновый риск рака легких. Бальнеологические радоновые курорты и радоновые ванны. Безопасность радоновой терапии. Создание и оптимизация радонозащищенных жилищ. Вклад природных радионуклидов в дозовую нагрузку на популяцию. Космическое излучение и космогенные радионуклиды. Техногенные радионуклиды в среде обитания. Радиоактивное загрязнение биосферы. Состояние радионуклидов в различных типах природных сред. Накопление радионуклидов в животном и растительном мире. Примеры. «Горячие частицы» в атмосфере. Радионуклиды в питьевой воде и пище. Эволюция во времени дозовой нагрузки на население, связанной с техногенными радионуклидами.
10. Миграция радиотоксинов в природных средах.
Радионуклиды и ионизирующие излучении в глобальных, региональных и локальных аспектах экологии. Математические модели переноса радионуклидов в атмосфере и гидросфере земли. Механизмы глобального переноса радиотоксинов. Математические модели регионального массо -переноса с учетом адсорбции и химической трансформации. Влияние структуры и динамики атмосферы, рельефа местности, типа застройки, вида растительности и т.п. на перенос токсинов. Учет фрактальной геометрии пространства. Трансграничный перенос и экоагрессия. Динамика радиоэкологического риска: некоторые математические аспекты диффузии радионуклидов в гетерогенных средах изменяющейся структуры. Сдвиги радиоактивных равновесий при миграции радионуклидов. Эффекты отдачи и подвижность радионуклидов. Задержка между выбросом радионуклидов и поступлением в биосферу. Открытые и закрытые системы. Миграция радинуклидов в почве: роль пористости и влагосодержания. Перенос радионуклидов грунтовыми водами. Радионуклиды в диагностике структуры и динамики атмосферы. Определение возраста аэрозолей. Математическое моделирование автоволновых процессов в массо-переносе радионуклидов: возникновение и эволюция неравномерного загрязнения радионуклидами пересеченной местности.
11. Радиобиологический и медицинский радиологические риски.
Радионуклиды и излучения в экосистемах. Радиоэкологический мониторинг. Радионуклиды в растениях, животных, рыбах и т.п. Накопление и миграция радионуклидов в пищевых цепях. Экспозиция, доза и последствия для биокомпонентов экосистемы. Математическое моделирование основных эффектов влияния радионуклидного загрязнения на природные экосистемы и мегаполисы. Автоволны в экологических системах с загрязнением. Модель изолированной популяции в условиях фонового загрязнения и модель типа жертва-хишник в условиях кратковременного локального выброса токсичного вещества. Волны вымирания. Рекультивация территорий. Радиоэкологическая безопасность регионов. Примеры: Россия, Украина, Белоруссия, Казахстан, Япония. Дозовые нагрузки на человека, население, популяцию и ее медико-биологические и социальные последствия. Нормы радиационной безопасности. Индивидуальный и популяционный риски. Радиофобия. Мониторинг состояния здоровья населения. Мониторинг иммунного статуса населения и методы иммунокоррекции. Повышение радиорезистентности реципиентов.
12. Управление радиоэкологическим риском.
Энерго- и ресурсосберегающие, малоотходные и безопасные технологии. Экология и экономика. Управление экологическим риском и стратегии развития энергетики на региональном, государственном и глобальном уровне. «Основы экологической политики Минатома России» (Москва, 2001). Нормативные акты России в области радиологического риска. Сравнительная оценка риска для здоровья людей в угольном, газовом и ядерном циклах производства электроэнергии (как во всем мире, так и в России). Химические и нефтехимические источники энергии. Риск водородной энергетики. Риски различных вариантов аккумулирования и дальнего транспорта энергии. Риск термоядерных установок. Приемлемые риски в ядерной индустрии. Экспертиза проектов, ранжирование ядерных установок по опасности, по экологической эффективности и отбор альтернативных. Защита от «дурака» и от «специалиста». Способы предотвращения эковозмущений и очистки экосистем от радионуклидов. Образование в области радиоэкологии. Отбор, обучение и тренинг персонала ядерной и радиохимической промышленностей. Радиоэкологическое образование и воспитание населения. Заочное образование в сети Интернет. Информационные базы по риск-анализу и риск-менеджменту.
13. Ответственная жизнь в окружающей среде.
Приложение. Некоторые результаты экспедиций кафедры радиохимии МГУ экологической направленности. Сухопутные экспедиции: Горный Алтай, Саяны и п.Камчатка – радоновые источники, эманационная георазведка, определение радионуклидов в геотермальных водах и выбросах вулканов. Радиоактивность поверхностных вод суши: оз.Байкал – мониторинг радионуклидов, выпавших в ходе испытания ядерного оружия Китаем; р.Волга-Кама, Волга-Дон – состояние и миграция техногенных радионуклидов. Морские экспедиции: Белое и Баренцово моря – мониторинг природных и техногенных радионуклидов, изучение динамики массо-переноса в системе Белое-Баренцово моря. Каспийское море: мониторинг радионуклидов в выбросах природного и попутного нефтяного газа, радиоизотопная съемка залива Кора-Бугаз, составление баланса радионуклидов в Каспийском море. Азовское море: диагностика черных песков и других источников торона, обнаружение и локализация подводных гейзеров, радоновая и тороновая съемка морского дна и пляжей, баланс радионуклидов в Азовском море, учет реальной радиационной обстановки при создании проекта развития окрестностей г.Мариуполя, как курортной зоны, состояние радионуклидов в переходной зоне Дон-Азовскон море и в Керченском проливе. Черное море: анализ статистических флуктуаций радиационного поля, состояние радионуклидов в морской воде и приводном слое воздуха, мониторинг радионуклидов чернобыльского происхождения, динамика обмена радионуклидами на границе раздела морской и пресной воды, поступления радионуклидов по рекам Дунай, Буг, Днепр, Риони, по проливам Босфор и Дарданеллы, баланс радионуклидов в Черном море, прогноз развития радиационной ситуации и дозовой нагрузки на население в регионе Черного моря, загрязнение радионуклидами пляжей Болгарии. Восточная часть Средиземного моря: мониторинг природных и техногенных радионуклидов.

Литература

1. Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-99). М.: Минздрав России, 2000.
2. Закон РФ от 24.11.95 г. «Об обращении с радиоактивными отходами».
3. Ф.Ран, А.Адамантиас и др. Справочник по ядерной энерготехнологии.-М.: Энергоиздат, 1989.
4. А.В.Яблоков Атомная мифология: заметки эколога об атомной индустрии. М.: Наука, 1997.
5. Ю.Тельдеши. Радиоаналитическая химия. М.: Энергоатомиздат, 1986.
6. Современные методы разделения и определения радиоактивных элементов. Сборник научных трудов. М.: Наука, 1989.
7. Ю.В.Чечеткин, Е.К.Якшин, В.М.Ещеркин Очистка радиоактивных газообразных отходов АЭС.М.: Энергоатомиздат, 1986. М.: Энергоатомиздат, 1986.
8. В.В.Королев Системы управления и защиты АЭС.-М.: Энергоатомиздат, 1986
9. Л.А.Булдаков Ю.В.Чечеткин, Е.К.Якшин, В.М.Ещеркин Очистка радиоактивных газообразных отходов и др. Радиационная безопасность в атомной энергетике.- АЭС.М.: Энергоатомиздат, 1981.
10. В.Балек Обращение с радиоактивными отходами. –МАГАТЭ, 1995.
11. А.С.Никифоров, В.В.Куличенко, М.И.Жихарев. Обезвреживание радиоактивных отходов на централизованных пунктах. М.: Энергоиздат. 1983.
12. И.А.Соболев, Л.М.Хомчик. Обезвреживание радиоактивных отходов на централизованных пунктах. М.: Энергоиздат. 1983.
13. Ю.В.Кузнецов, В.Н.Щебетовский, А.Ш.Трусов. Основы очистки воды от радиоактивных загрязнений. М.: Атомиздат. 1974.
14. В.П.Машкевич, А.М.Панченко. Основы радиационной безопасности. М.: Энергоатомиздат, 1990.
15. И.А.Соболев, И.П.Коренков, Л.П.Проказова, Л.М.Хомчик. Радиационная безопасность персонала при обезвреживании радиоактивных отходов. М.: Энергоиздат, 1992.
16. И.А.Соболев, И.П.Коренков, Л.М.Хомчик, Л.П.Проказова. Охрана окружающей среды при обезвреживании РАО. М.: Энергоиздат, 1989.
17. Э.С.Фрейман, В.П.Щупановский, В.М.Калошин. Основы безопасной перевозки радиоактивных веществ. М.: Энергоиздат, 1986.
18. Д.А.Криволуцкий и др. Действие ионизирующих излучений на биогеоценоз. М.: Наука, 1988. 19. Ю.А.Израэль, Ф.Я.Ровинский, Ф.Я.Черханов Мониторинг фонового загрязнения природных сред. Л.: Гидрометиздат, 1984
20. И.В.Петрянов, А.Г.Сутугин Вездесущие аэрозоли. М.: Знание, 1990.
21. М.Харуэлл, Т.Хатчисон Последствия ядерной войны. Воздействие на экологию и сельское хозяйство. М.: Мир, 1988.
22. В.В.Королев Системы управления и защины АЭС.-М.: Энергоатомиздат, 1986
23. Л.А.Булдаков и др. Радиационная безопасность в атомной энергетике.- АЭС.М.: Энергоатомиздат, 1981
24. Н.С.Бабаев и др. Ядерная энергетика, человек и окружающая среда.- АЭС.М.: Энергоатомиздат, 1984
25. Р.М.Алексахин Ядерная энергия и биосфера.- АЭС.М.: Энергоатомиздат, 1982.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

Аннотация

В курсе рассмотрена проблема оценки интегрального экологического риска, связанного с использованием радионуклидов и/или испускаемых ими ионизирующими излучениями Основное внимание уделено описанию источников и путей поступления природных и техногенных радионуклидов в среду обитания, мониторингу радионуклидов и процессам миграции радионуклидов в окружающей среде. Дана концепция радонозащищенного жилища, способы оценки дозовых нагрузок на человека, население, популяцию и обсуждены медико-биологические и социальные последствия облучения. В заключительной части курса методы полевой радиоэкологии продемонстрированы на примере результатов экспедиций кафедры радиохимии МГУ экологической направленности.