Поведение радионуклидов в воде

Значительная часть радионуклидов первичного загрязнения смывается с загрязнённых поверхностей и с талыми водами проступает в открытые и грунтовые воды. Источниками постоянных загрязнений являются АЭС: в ядерно-энергетических установках для охлаждения реакторов используются большие объёмы воды, в которые попадают радиоактивные продукты коррозии и незначительная часть радиоактивных отходов. В целом в водную среду Земли поступает до 80% антропогенных загрязнений, превращая её в наиболее мощное депо радионуклидов.

Поступающие на водную поверхность нуклиды первоначально содержаться в верхних горизонтах морей, постепенно мигрируя вниз.

Наибольшая масса радионуклидов наблюдается в биомассе гидробионтов и особенно в планктоне. Включение цезий – стронциевых излучателей в метаболизм водных биот зависит от степени минерализации воды.
С её увеличением скорость и величина захвата радиоактивности снижаются.

Коэффициенты накопления радионуклидов в грунте невелики, превышая активность воды в 5–10 раз. В биомассе высших растений этот коэффициент равен 200–1000, в планктоне – до 1000, в иловых отложениях- 400–4000.

По общему характеру распределения радионуклиды подразделяются на четыре группы:

1) гидротропные, остающиеся в относительно высоких концентрациях в воде;

2) равномерно распределяющиеся в воде, грунте, биомассе;

3) педотропные, преимущественно накапливающиеся в грунте;

4) биотропные – в биомассе.

Основной загрязнитель среды – цезий – в основном накапливается в грунте; стронций относительно равномерно распределяется между водой, грунтом, биомассой.

Наиболее подвержены радиоактивному загрязнению ненапорные грунтовые воды, имеющие непосредственную связь с атмосферными осадками, открытыми водоёмами.

В целом миграция радионуклидов техногенного происхождения подвержена как в почве, так и в воде одним закономерностям. Первичный выброс в среду вследствие лёгкой диссоциации новых изотопных соединений до их минерализации, перехода в донные отложения, ведёт к массивному первичному включению в почвенно-растительный метаболизм и последующему активному включению в трофические цепи миграции.

Радиационная ёмкость цепей (почвы – вода, первичная сапрофитная микрофлора–растительность–животные) в целом зависит от минеральной отрицательной ионной насыщенности среды, в достаточно минерализованной почве, морской воде процессы миграции и накопления в конечных звеньях обмена идут значительно медленнее.

Скорость миграции во многом зависит от климатических условий метаболизма. Наиболее интенсивно процесс протекает в районах, не превышающих нулевой температурный барьер водно-почвенного метаболизма, но при обязательном наличии достаточного разнообразия (экологической дифференцировке) среды и её экосистемных компонентов: микро-, макрофлоры, фауны.

Наиболее продолжителен процесс естественной дезактивации среды через естественно- трофические цепи миграции в зонах, перешагивающих через нулевой барьер почвенного метаболизма. На таких территориях радиоактивные метаболиты включены в активные звенья экосистемного обмена с периодической температурной консервацией процесса. Длительность такой консервации растёт с ростом продолжительности холодного периода года.

ГЛАВА 2.4. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ
АТОМНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Радиоактивные отходы

Ядерные устройства, основанные на принципе деление- синтез- деление, загрязняют окружающую среду радиоактивными продуктами деления ²³⁸U и ²³⁹Pu, а также тритием и радиоуглеродом. На 1 мегатонну ядерного взрыва образуется в среднем 7,4 кг радиоуглерода-14, что количественно соответствует образованию этого изотопа в атмосфере под действием космических лучей в течении года.

В связи с широким использованием атомной энергии в мирных целях всё большее значение приобретают радиоактивные отходы промышленных предприятий и установок (атомных электростанций, предприятий по переработке ядерного материала, реакторов), лабораторий и НИИ, работающих с РВ высокой активности, как потенциальный и реальный источник загрязнения окружающей среды.

В настоящее время человек сталкивается и с искусственными источниками радиации, не связанными с загрязнением внешней среды. К ним относятся рентгеновские установки, ускорители элементарных частиц, закрытые источники изотопов, использующиеся в медицине, промышленности и научно- исследовательской работе.

Работа предприятий и энергетических установок атомной промышленности характеризуется наличием радиоактивных отходов, которые загрязняют окружающую среду и создают, радиоактивные излучения, а следовательно несут информацию о профиле предприятия и выпускаемой им продукции. Подобные проявления могут рассматриваться как демаскирующие признаки предприятий атомной промышленности.

Одним из видов отходов ядерных предприятий и энергетических установок являются сбросные радиоактивные жидкости. К радиоактивным отходам относятся растворы, изделия, материалы, биологические объекты, содержащие радиоактивные вещества в количествах, превышающих значения, установленные действующими нормами и правилами, не подлежащие дальнейшему использованию на данном или каком-либо производстве и экспериментальных исследованиях. К радиоактивным отходам также относятся отработанные радионуклидные источники, не подлежащие использованию.

Радиоактивные отходы разделяются на жидкие и твердые. К жидким радиоактивным отходам относятся растворы и пульпы неорганических веществ и фильтроматериалов, органические жидкости (масло, растворители и др.). К твердым радиоактивным отходам относятся детали машин и механизмов, биологические объекты, отработавшие радионуклидные источники, другие материалы и изделия.

Жидкие радиоактивные отходы (ЖРО) образуются на предприятиях по переработке урановых руд и содержат так называемые «хвосты» производства.

Производственно-промышленные сточные воды с повышенной концентрацией некоторых изотопов образуются на заводах по получению металлического урана и радиохимических производствах. По степени радиоактивности жидкие отходы классифицируются согласно СП 2.6.6.1168-02 «Санитарные правила обращения с радиоактивными отходами (СПОРО-2002). Жидкие отходы считаются радиоактивными, если содержание в них отдельных радионуклидов или их смесей превышает допустимые концентрации ДК_Б, установленные для воды НРБ – 76/87. жидкие радиоактивные отходы по удельной активности делятся на следующие категории: слабоактивные – ниже 1·10^–7 Ки/л; среднеактивные – от 1·10^–5 до 1 Ки/л; высокоактивные – 1 Ки/л и выше.

Жидкие и твердые радиоактивные отходы (РАО) подразделяются по удельной активности на три категории (табл. 7.). В случае, когда по приведенным характеристикам радионуклидов таблицы 1 отходы относятся к разным категориям, для них устанавливается наиболее высокое значение категории отходов.

 

Таблица 7

Классификация жидких и твердых радиоактивных отходов
по удельной радиоактивности

Категория отходов	Уровень радиоактивного загрязнения, част/(см^2 мин)
Бета-излучающие радионуклиды	Альфа-излучающие радионуклиды (исключая трансурановые)	Трансурановые радионуклиды
Низкоактивные	от 5*10^2 до 10^4	от 5*10^1 до 10^3	от 5 до 1*10^2
Среднеактивные	от 10^4 до 10^7	от 10^3 до 10^6	от 10^2 до 10^5
Высокоактивные	более 10^7	более 10^6	более 10^5

 

Для предварительной сортировки твердых отходов рекомендуется использование критериев по уровню радиоактивного загрязнения (табл. 8) и по мощности дозы гамма – излучения на расстоянии 0,1 м от поверхности при соблюдении условий измерения в соответствии с утвержденными методиками:

· низкоактивные – от 0,001 мГр/ч до 0,3 мГр/ч;

· среднеактивные – от 0,3 мГр/ч до 10 мГр/ч;

· высокоактивные – более 10 мГр/ч.

 

Таблица 8

Классификация твердых радиоактивных отходов
по уровню радиоактивного загрязнения

Категория отходов	Удельная активность, кБк/кг
Бета-излучающиe радионуклиды	Альфа-излучающие радионуклиды	Трансурановые радионуклиды
Низкоактивные	менее 10^3	менее 10^2	менее 10
Среднеактивные	от 10^3 до 10^7	от10^2 до 10^6	от 10до 10^5
Высокоактивные	более 10^7	более 10^6	более 10^5

 

Твердые отходы считаются радиоактивными, если удельная активность отходов больше 2·10^–7 Ки/кг для источников альфа-излучения (для трансурановых элементов 1·10^–8 Ки/кг); 2·10^–6 Ки/кг – для источников гамма-излучения и 1·10^–7 – г-экв. радия/кг для источников гамма-излучения.

Часть отходов атомных предприятий выбрасывается в виде газообразных и аэрозольных продуктов. Это прежде всего радиоактивные благородные газы (радон Rn, торон Тn), образующиеся при распаде урана и тория на ураноперерабатывающих заводах: газы, пар и газообразные продукты деления урана и плутония, выделяющиеся при химической переработке руд с указанными элементами; радиоактивная пыль, образующаяся при дроблении и механической переработке радиоактивных материалов. Источником загрязнения атмосферы радиоактивными веществами являются также реакторы, в которых в результате облучения нейтронами происходит активация аргона, входящего в состав воздуха, а при нарушении герметичности твэлов возможно попадание в первый контур и в воздух помещений радиоактивных газов (криптона, ксенона, йода и др.), а также осколочных продуктов деления (стронция, иттрия и др.). Находящиеся в воздухе взвешенные радиоактивные частицы, образуют радиоактивные аэрозоли с различной дисперсной фазой: пыль, дым, жидкий туман, аэрозольный конденсат и др. В результате в воздухе создаются устойчивые мелкодисперсионные (с размерами частиц меньше 1 мкм) и среднедисперсионные
(с размерами частиц от 1 до 10 мкм) образования, а также неустойчивые быстрооседающие образования с размерами частиц больше 10 мкм. Некоторые радиоактивные изотопы, находящиеся в воздухе частично в аэрозольной фазе, а частично в паровой (например, изотоп йода-125,131), переходят из газообразной фазы в аэрозольную.

Распад радиоактивных элементов сопровождается выделением радиоактивных газов Rn, Тn, An, которые входят в состав последовательно превращающихся элементов уранового, ториевого и активно-уранового рядов. Радиоактивные эманции относятся к группе тяжелых инертных газов, которые не образуют химических соединений в природе.

При распаде радиоактивных элементов в окружающее пространство выделяется также нерадиоактивный газ гелий (Не), образующийся от испускания альфа-частиц элементами уранового, ториевого и трансуранового рядов.

При распаде одного атома U и его дочерних элементов испускается
8 альфа- частиц, из которых получается 8 атомов гелия; при распаде одного атома тория образуется 6 атомов гелия. При полном распаде 1 г U образуется 0,135 г Не, что составляет около 770 см³. Но при температуре 0°С
и давлении 760 мм рт. ст. из 1 г U образуется 0,103 г Не (580 см³).

Наличие Не, являющегося индикатором источников радиоактивного излучения представляет важный демаскирующий признак, так как в отличие от радиоактивных газов, имеющих относительно небольшое время жизни (Т_Rn-3,825 дня, Т_Tn-54,5с, Т_An-3,92с), является устойчивым элементом и может распространяться на значительные расстоянии от радиоактивного объекта.

Аномальные концентрации радиоактивных веществ в атмосфере, грунте и воде могут являться признаками нахождения поблизости объектов радиоактивного характера.

Таким образом, наличие радиоактивных отходов предприятий атомной промышленности и радиоактивных излучений сырья, готовой продукции, а также отходов производства могут раскрывать профиль предприятий, нести информацию о технологических процессах характеристиках изготавливаемой продукции, местах ее складирования, маршрутах транспортировки и т.д.

Источники радиоактивности могут быть обнаружены:

· по радиоактивным излучениям;

· по наличию радиоактивных и нерадиоактивных газов, образующихся в результате радиоактивного распада.

Для обнаружения радиоактивных элементов производятся заборы проб воздуха, грунта и воды в районе предполагаемого расположения радиоактивного объекта, а также непосредственные измерения радиоактивного излучения.

С целью лучшего представления физической основы возможной утечки информации о предприятиях атомной промышленности и их продукции рассмотрим некоторые свойства и характеристики радиоактивных излучений.