Естественные радиоактивные элементы
Источниками радиоактивного загрязнения объектов окружающей среды естественными радиоактивными элементами могут быть природные образования (месторождения радиоактивных и некоторых других полезных ископаемых, горные породы, содержащие естественные радиоактивные элементы в повышенных количествах, природные воды, в том числе в нефтедобывающих районах Западной Сибири, с высокими содержаниями урана и продуктов его распада - радона, радия), а также промышленные предприятия, ведущие добычу и глубокую переработку урановых и некоторых других типов руд; ГРЭС и ТЭЦ, работающие на некоторых типах углей, горючих сланцев, торфов.
Примерами регионов с высокими содержаниями естественных радиоактивных элементов на земном шаре могут служить пляжные пески штата Керала (Индия), которые в специальной литературе получили название месторождений монацитовых песков Траванкор, а также район Пасус-де- Кальдес (Бразилия). В этих районах мощность экспозиционной дозы гамма-излучения достигает многих сотен и первых тысяч мкР/ч. Так, средняя экспозиционная доза гамма-излучения в районе пляжных песков в штате Керала - около 150 мкР/ч. Высокие содержания естественных радиоактивных элементов в некоторых типах горных пород (табл. 5.6) обуславливают повышенный радиационный фон гамма-излучения в некоторых регионах и странах, например, Франции, Украине, Швеции и др.
В. М. Гавшин [9], рассматривая природу формирования радиационных аномалий в осадочных породах, отмечает, что в возникновении аномалий радиоактивности в осадочных толщах исключительную роль играет органическое вещество и в особенности - гуминовые кислоты и близкие к ним по составу и структуре соединения, образующиеся при разложении лигнинно-целлюлозного материала наземной растительности или белковоуглеводного морского планктона.
Именно такого рода образования и обуславливают естественные породные радиационные аномалии с дозовыми нагрузками больше 100 нГ р/ч (табл.
5.7), по сравнению с терригенными породами, формирующимися в крупных осадочных бассейнах (табл. 5.8). Вторым по значению агентом, вовлекающим уран в осадочные толщи из природных вод, является фосфат кальция (карбонатфторапатит). Обогащенность ураном фосфоритов широко известна по множеству публикаций.
Содержание естественных радиоактивных элементов в некоторых типах
горных пород и их ориентировочная активность
Порода, регион | Уран, г/т | Торий, г/т | Ориентировочная объемная активность 1 кг материала, Бк | |
без учета содержания калия | с учетом содержания калия | |||
1. Фосфориты штата Флорида (США), Марокко | 20-120 | 10-30 | 300-450 | 500-750 |
2. Фосфориты, битуминозные сланцы Швеции, Русской платформы | 150 170 | 5-10 | 1 900-2 050 | 2 200-2 950 |
3. Углеродисто-кремнистые, углеродисто-глинистые сланцы Евроазиатского континента | 30-300 | 15-35 | 460-1 200 | 800-1500 |
4. Битуминозные аргиллиты баженовской свиты, Западная Сибирь | 23 | 8 | 330-350 | 750-800 |
5. Кислые вулканиты (липариты и др) некоторых районов Восточного Саяна | 17-28 | 46-73 | 460-500 | 1 000 -1 500 |
6. Фонолиты Италии | 20-30 | 60-90 | 570-900 | 1 000-1 500 |
7. Гранитоиды Украины | 10-20 | 20-45 | 230-600 | 1 000-2 000 |
8. Гранитоиды Франции | 15-20 | 20-45 | 300-600 | 1 000-2 000 |
9. Гранитоиды Макикского массива, Северный Казахстан | 7-20 | 30-60 | 250-800 | 1 000-2 000 |
10. Нефелиновые сиениты Кольского полуострова | 10-20 | 25-50 | 260-500 | 700-950 |
Примечание. Норма объемной активности для строительных материалов, используемых для сооружения жилых зданий lt; 370 Бк/кг.
Содержание естественных радиоактивных элементов в породах,
обогащенных органическим веществом,
и расчетная мощность поглощенной дозы над ними [9]
Таблица 5.7
Породы | Кол-во проб | U по (Яа), г/т | Th, г/т | К, % | Доза, ИГр/ч |
Сапропелевые илы Черного моря | 8 | 17,6 ± 3,2 | 7,0 ± 0,6 | 1,27 ± 0,21 | 130 |
Г орючие сланцы Сибирской платформы (кембрий) | 13 | 34,1 ± 7,1 | 6,7 ± 0,6 | 2,83 ± 0,21 | 238 |
Баженовиты Западно-Сибирской плиты | 30 | 35,7 ± 1,6 | 6,3 ± 0,6 | 1,44 ± 0,22 | 228 |
Содержание естественных радиоактивных элементов
в осадочных породах без органического вещества
и расчетная мощность поглощенной дозы над ними [9]
Породы | Кол-во проб | U по, (Ra), г/т | Th, г/т | К,% | Доза, нГр/ч |
Юрские алевропелиты Западно-Сибирской плиты | 26 | 3,7 ± 0,2 | 9,8 ± 0,9 | 2,39 ± 0,15 | 78,5 |
59 | 4,0 ± 0,2 | 11,2 ± 0,4 | 2,78 ± 0,15 | 89,1 | |
19 | 3,3 ± 0,2 | 10,3 ± 0,8 | 2,90 ± 0,24 | 84,6 | |
10 | 3,5 ± 0,2 | 11,9 ± 1,6 | 2,97 ± 0,56 | 91,0 | |
10 | 2,9 ± 0,2 | 11,1 ± 1,1 | 2,77 ± 0,27 | 82,9 | |
Пермокарбоновые алев- ропелиты Кузбасса | 37 | 3,5 ± 0,2 | 10,6 ± 0,6 | 2,45 ± 0,14 | 81,0 |
22 | 3,8 ± 0,5 | 10,9 ± 1,0 | 2,55 ± 0,18 | 86,5 | |
25 | 3,4 ± 0,4 | 11,2 ± 1,0 | 2,23 ± 0,23 | 76,7 | |
Черноморские глинистые илы | 30 | 3,5± 0,5 | 11,6 ±0,8 | 2,97 ± 0,2 | 86,5 |
Г лины | 30 | 3,7 | 12 | 2,66 | 86,5 |
Примечание.
В табл. 5.7, 5.8 в графе «Доза» даны рассчитанные значения мощности поглощенной дозы на высоте 1 м от поверхности Земли.Менее значительные аномалии радиоактивности в осадочных толщах связаны с бокситами, несколько обогащенными и ураном, и торием; калийными солями, в которых радиоактивность полностью определяется калием; некоторыми цеолитами, а также с такими образованиями, как ториеносные битумы в песчаниках нефтеносных толщ, или с концентрациями радия в травертинах.
Следует отметить, что у некоторых животных и растений, обитающих на этих территориях, в различных их органах происходит накопление естественных радионуклидов. Так, доктор Войс на совещании в г. Гомель (1990 г.) сообщал, что от крыс и растений района Пасус-де-Кальдес (Бразилия) получаются контрастные радиографические отпечатки на фоточувствительных материалах.
Исследование уровня накопления продуктов распада урана-радия-226 в костях человека отчетливо показывает на значительное содержание радия в костях из регионов, где распространены высокорадиоактивные породы (табл. 5.9).
В результате распада урана в почвенном воздухе этих районов, а также в зданиях происходит интенсивное накопление радиоактивного газа без запаха и цвета - радона, основного радиационно-опасного фактора, сильно воздействующего на организм человека.
Удельная активность радия-226 в костях человека [14]
Таблица 5.9
Страна, район, год исследования | Средняя удельная активность, 103 пКи/г | Возможная причина повышенных концентраций |
Аргентина, 1959 | 11-12 |
|
Германия, 1964 | 13 |
|
Япония, 1959 | 4 |
|
Англия, 1959 | 15 |
|
США, 1959-1970 | 5-37 | В штате Иллинойс распространены урансодержащие фосфориты и другие месторождения урана Ураноносные фосфориты |
Израиль, 1959 | 36 | Ураноносные граниты |
Украина, 1968 | 39 | Монацитовые россыпи |
Индия, штат Керал, 1966 | 143 | Урановое месторождение, пред- |
Город в Средней Азии, | 1 340 | приятие по переработке урано- |
1965 |
| вых руд |
Проблема радонового загрязнения атмосферы - одна из самых важных в оценке среды обитания человека.
Использование природных материалов (щебень гранита, квасцы, фосфориты и т. д.), содержащих высокие концентрации естественных радионуклидов, в качестве строительных материалов, наполнителей бетонов, фосфогипсов, шлаков и т. д. также приведет к увеличению мощности экспозиционной дозы гамма-излучения внутри сооружений будет основной причиной накопления радона в помещениях.
Такие случаи на сегодняшний день установлены многократно. Так, в г. Омске в качестве наполнителя бетона использовался гранитный щебень, добываемый из Макинского гранитного массива (Северный Казахстан), который, по нашим данным, содержит 7-20 г/т урана и 30-60 г/т тория. В результате этого в зданиях были превышены нормативы по мощности гамма-излучения (фон местности + фон помещения gt; 33 мкР/ч), что потребовало принятия специальных мер.
Использование торийсодержащего монацитового песка на станции Костоусово (Екатеринбургская область) для строительства жилых зданий (фундамент, штукатурка, кирпичная кладка, отсыпка чердаков и т. д.) привело к радиационному загрязнению зданий, в которых мощность дозы гамма-излучения достигала 150 мкР/ч.
В районном центре с. Молчаново Томской области были использованы для отсыпки улиц шлаки с металлургического комбината г. Новокузнецка, в результате чего радиационный фон (9-10 мкР/ч) был повышен в 2,5-3 раза, что вызвало определенное беспокойство населения, хотя дополнительная радиационная нагрузка от этого была незначительна (ниже рекомендуемых критериев).
Общеизвестны случаи, когда в Казахстане, Забайкалье и др. в качестве материалов для отсыпки дорог, дворов, детских и спортивных площадок и т. д. использовались отвалы некондиционных урановых руд, что привело к значительному изменению радиационного фона. Ориентировочно можно считать, что масса руды с содержанием урана, при его равновесии с радием, 0,01 % дает мощность экспозиционной дозы гамма- излучения около 110 мкР/ч.
Так, в поселке Октябрьский Читинской области использование горной массы с урановорудных отработок в качестве строительного материала привело к тому, что МЭД в жилой части поселка составила 150-3 000 мкР/ч.
Ветровой разнос урановой рудной пыли способствует увеличению концентрации урана в аэрозольных фракциях. Особая опасность от этого вида радиационного загрязнения заключается в том, что уран и многие продукты его распада являются альфа-излучателями, а альфа-излучение, как правило, при обследовании радиационной обстановки не измеряется. Для его измерения необходима специальная аппаратура и специальные методы исследования, в том числе метод радиографического анализа. Опасность этого пылевого фактора в ухудшении радиационной обстановки довольно велика.
При использовании минеральных удобрений может возникнуть радиационно-опасный фактор в виде внешнего гамма- и бета-излучения и пылевого аэрозоля. Это касается тех случаев, когда ведутся работы с хлористым калием, в котором, в силу естественных причин, находится радиоактивный изотоп калий-40, на долю которого приходится около 0,012 % от всего количества калия. Присутствие калия на складах в больших массах (1 м3 и более) создает мощность экспозиционной дозы гамма-излучения - 60-80 мкР/ч. Это не представляется серьезным радиационным фактором (в силу кратковременности контакта с веществом), хотя 60 мкР/час - уже та мощность экспозиционной дозы гамма-излучения, которая требует контроля и является профессиональной нормой, так как за год она сформирует поглощенную дозу 0,5 бэр, что является предельным для населения, не связанного с профессиональной работой с радиоактивным излучением. В отдельных случаях опасная радиационная обстановка может создаваться при использовании фосфатных удобрений, изготовленных с нарушением технологии их получения (неполное извлечение урана и радия в процессе получения удобрений приводит к тому, что мощность экспозиционной дозы гамма-излучения от них будет более 100 мкР/ч (100 мкБэр/ч)), что может создать поглощенную дозу около 0,9 Бэр/год.
Радиационное загрязнение природной среды и возникновение опасной радиационной обстановки может быть связано с присутствием естественных радиоактивных элементов (уран, торий, калий) и продуктов их распада в технических, пресных питьевых и минеральных водах, рассолах нефтегазоносных районов и т. д.
Так, известны источники с высокой радиоактивностью, обусловленные присутствием калия-40. К ним могут быть отнесены следующие: Керкитагское (Туркмения) - 2 300 пКи/л; Тыретская (Иркутская область) - 7 200 пКи/л (266 Бк/л).
К источникам с высокой концентрацией радона могут быть отнесены Ямкун (Забайкалье) - 94 нКи/л; Исти-Су-18 (Закавказье) - 264 нКи/л; Бе- локуриха (Алтай) - 13 нКи/л и др.
Высокая концентрация радия в воде известна в Ухтинском нефтегазоносном районе (до 7 840 пКи/л), в Западно-Сибирской газоносной провинции (до 1 000 пКи/л) и др.
Разливы таких вод приводят к загрязнению больших площадей, на которых экспозиционная доза гамма-излучения может превышать 8 000 мкР/ч.
Так, в районе г. Ухта, где до 1956 г. действовал завод по извлечению радия из пластовых вод нефтепромыслов, установлено свыше 700 очагов радиоактивного загрязнения, приуроченных к местонахождениям чанов, стыков водоводов, буровым скважинам. При этом содержания радия превышают на 1-3 порядка уровень фона. Загрязненные почвы объемом бол
лее 1 000 м требуют дезактивации.
Близкая к этой ситуация сложилась на Ставропольском нефтяном месторождении, в пластовых водах которого концентрация радия (226 + 228)
л
составляет 74 Бк/дм . При движении вод по трубам происходит его отложение на поверхности труб, днищах ёмкостей и т. д. Удельная активность твёрдых осадков от Ra-226 и 228 составляет соответственно 109 и 89,6 кБк/кг, что создает экспозиционную дозу гамма-излучения на уровне от 3 до 20 мГр/ч (~ 300 000-2 000 000 мкР/ч). Доза, получаемая персоналом в течение года, соответственно составит 6,6 и 44 мЗв, что превышает предел годовой дозы для категории Б (5 мЗв).
Технологическое оборудование (трубы и т. д.) может иметь активность от 1 000 до 35 000 кБк, а МЭД до 4 700 мкР/ч и согласно НРБ 76/87 должно относиться к категории радиоактивных отходов. Схема распределения радиоактивности на нефтепромыслах Ставропольского края показана на рис. 5.3.
Рис. 5.3. Схема распределения радиоактивности
в технологическом цикле и её выход в ОС, ГБк/год
По мнению авторов, твердые осадки высохших полей фильтрации будут представлять серьезную угрозу для проживающего населения после завершения отработки месторождения.
Аналогичная ситуация существует в США (штат Луизиана и др.), на нефтепромыслах, где нефте-водяная смесь, поступающая на поверхность, в 5-20 раз более радиоактивна, чем вода, сбрасываемая с АЭС.
Известны подземные и поверхностные воды с высоким содержанием урана. Так, на участках с урановой минерализацией его концентрация может достигать n • 10 -n • 10 г/л.
В ряде источников водоснабжения в Томской области концентрации урана достигают 7-8 • 10-6, а в некоторых случаях и 10-5 г/л. Уровни накопления урана в водах Западной Сибири приведены в табл. 5.10.
Таблица 5.10
Типичные содержания урана в природных водах Западной Сибири
Разновидности природных вод | Содержание урана | |||
г/л | нг/л | |||
| Поверхностные | Озера | (640) ¦ 10-8 | 60-100 |
Воды безрудных районов |
| Реки | (8-12) ¦ 10-8 | 80-120 |
Подземные | N-Q-отложений | (б-20) ¦ 10-8 | 60-200 | |
Pg-отложений | (3-7) ¦ 10-8 | 30-70 | ||
Глубоких горизонтов (MZ, PZ) | (1-15) ¦ 10-8 | 10-150 | ||
| Поверхностные водотоки | (2-4) ¦ 10-7 | 200-400 | |
Воды урановых месторождений | Г рунтовые горизонты | (4-6) ¦ 10-7 | 400-600 | |
Буферные горизонты | 3 10-7-3 10-6 | 300-3 000 | ||
Продуктивные горизонты | 5 10-7-5 10-5 | 500-50 000 | ||
Техногенные приповерхностные аномалии района Сибирского химического комбината | 110-6-2 10-5 | 1 000-2 0000 |
В грунтовых водах засушливых степных районов Западной Сибири содержания урана достигают 10-6-10-5 г/л.
В этом случае уран, растворенный в воде, выступает не столько в качестве радиационно опасного фактора, создающего внутреннее облучение организма, но и как тяжелый металл - химически вредный компонент. Общеизвестно, что данный элемент и его соединения характеризуются политропным действием на органы и системы человека, особенно, почки, и не случайно уран иногда называют «почечным ядом».
Как правило, источником урана в поземной воде являются породы и руды с повышенным содержанием урана. Для Томской области это могут быть бурые угли и лигниты, осадочные породы, обогащенные цирконом, монацитом.
Кроме урана, в таких водах в значительных количествах может находится радий-226, продукт распада урана. Так, в Магаданской области концентрация радия в воде некоторых постоянных водотоков, была столь существенна, что приближалась к ДКБ. Источником этого накопления был массив горных пород с повышенным содержанием урана, находящийся за много десятков километров от места опробования.
Недоучет данного радиационно опасного фактора, отсутствие информации о концентрациях урана и радия в воде может привести к созданию дискомфортных условий для проживания человека как в виде непосредственного влияния радионуклидов при потреблении воды (отложения в почках, костях и т. д.), так и через создание высоких концентраций радона в помещениях (ванны, кухни и т. д.).
Естественные радиоактивные элементы, например, высокоактивный продукт распада урана - радий, широко использовались и используются для решения ряда народнохозяйственных задач в виде люминесцирующих красок (соли радия) для циферблатов приборов, для добавок с целью получения красивых окрасок стекол (Богемский хрусталь и т. д.), а также эталонов для калибровки радиометрической и дозиметрической аппаратуры (1 мг Ra с фильтром из платины толщиной 0, 5 мм на расстоянии 1 см создает мощность экспозиционной дозы, равную 8,4 Р/ч).
Именно этими материалами в большинстве случаев создавалось нарушение радиационного фона в ряде населенных пунктов, на предприятиях, в жилых помещениях. Например, в г. Томске значительная часть установленных аномалий радиоактивного фона была обусловлена находками люминесцирующих светосоставов на основе солей радия (бывшие здания манометрового завода и др.).
Загрязнение природной среды естественными радионуклидами происходит на этапе добычи и глубокой переработки как радиоактивных, так и не радиоактивных руд. Часть урана может выбрасываться с вентиляционными выбросами, сточными техническими водами, накапливаться в прудах-отстойниках и т. д. Это послужило причиной загрязнения природной среды в Читинской и Свердловской областях, Республике Казахстан, на Чукотке и в других регионах.
Примером такого рода загрязнений природной среды является район завода химконцентратов в г. Новосибирске, что было установлено после проведения радиоэкологической съемки силами ГГП «Березовгеология». Причиной загрязнения соединениями урана и радия явились отходы данного предприятия.
Повышенным содержанием естественных радиоактивных элементов характеризуются также доменные шлаки, жидкие и твердые отходы ред- кометалльной промышленности, термофосфорные шлаки, красные шламы алюминиевого производства и т. д.
Так, В.А. Соколиков (главный специалист по радиэкоологии Госкомэкологии Магаданской области) отмечает, что в процессе гравитационного обогащения оловорудных концентратов на добычных предприятиях Чукотки (п. Красноармейский) радиоактивность достигает 740 кБк/кг, а загрязненность почв альфа-нуклидами достигала величины от 7,4 до 74 кБк/кг. Этот уровень альфа-активности материалов, согласно ОСП 72/87 и СПОРО-85, соответствует категории твердых радиоактивных отходов (более 7,4 кБк/кг). Тем не менее, работа с этими материалами проводилась без специальных мер радиационной безопасности.
При этом следует отметить, что сами по себе первичные оловянные руды не содержат высоких концентраций урана и тория. Но микроколичества (менее 1 %) акцессорных минералов, содержащих повышенные количества урана и тория (циркона, монацита и др.) накапливались в процессе обогащения руд совместно с минералами олова и обуславливали столь высокую альфа-радиоактивность оловоносного концентрата.
Аналогичная картина отмечается и при отработке золоторудных и оловорудных россыпных месторождений Якутии, где радиоактивность оловорудных концентратов нередко достигает 200-3 000 мкР/ч.
Такая же ситуация может сложиться и при отработке циркон-ильме- нитовых песков Западной Сибири (Туганское, Тарское и др.). Поэтому на такого рода предприятиях должен быть налажен четкий радиационный контроль.
Особо следует обратить внимание на загрязнение природной среды естественными радиоактивными элементами (ураном, торием, радием, полонием, изотопами свинца-212, 214, висмутом-214 и др.) в результате сжигания углей на ГРЭС и ТЭЦ. Угли, как природные образования, в тех или иных количествах, содержат естественные радиоактивные элементы. Их концентрация определяется многими факторами. На рис. 5.4 приведена типизация углей по содержанию урана и тория. При этом выделяются угли с весьма высокими содержаниями урана (Итатское месторождение и некоторые другие). Эти угли уже по данным показателям не могут быть использованы для сжигания без специальной их подготовки и полного пылеулавливания, не говоря о том, что в этих углях могут содержаться экологически опасные элементы: ртуть, мышьяк, бериллий и т. д.
Учитывая тот факт, что при сжигании углей происходит концентрирование многих химических компонентов в золе и шлаках (см. рис. 5.4), нетрудно подсчитать, что одна средней мощности тепловая станция в год будет выбрасывать, при существующих сегодня средствах пылеулавливания, около 3-4 т урана, как химического соединения, в природную среду, вовлекая его в кругооборот, приводя к накоплению в растениях, живых организмах и т. д.
Поэтому неслучайно в г. Томске основной участок с повышенным радиационным фоном фиксируется именно на отвалах ГРЭС-2, а в твердом остатке снеговых проб в ряде районов города отмечаются концентрации урана до 10 и более г/т. Можно подсчитать, что при общей запыленности 100 т на км2 в год, на этой площади только за 1 год будет сконцентрировано более 1 кг урана. Кроме того, здесь будут присутствовать и полоний- 210, и изотопы свинца-212, 214 и другие естественные радионуклиды (табл. 5.11), а также и токсичные химические элементы (табл. 5.12).
Рис. 5.4. Нормированные кривые распределения микроэлементов
в углях и золах
Расчеты показывают, что в районе Новочеркасской ГРЭС, сжигающей угли Донбасса, только за счет газо-аэрозольных выбросов тория-232 (при среднем содержании тория в угле 7,6 г/т) вокруг ГРЭС образуется поле его концентраций в воздухе, в 17-284 раза превышающее допустимый уровень объемной активности радионуклида в воздухе, а предельные эквивалентные дозы от тория-232 превышают нормативные показатели в 1775 раз. И это все без учета вклада урана, радия и продуктов их распада.
Таким образом, мы можем себе отчетливо представить радиоэкологическую опасность от сжигания твердого горючего топлива по существующим в России на сегодняшний день технологиям сжигания и улавливания выбросов.
В регионах должен быть налажен радиационный контроль за качеством завозимого угля на ГРЭС и ТЭЦ.
Обращает на себя внимание, что некоторые типы углей Подмосковного бассейна также являются радиоэкологически опасными для использования. К аналогичному типу углей могут быть отнесены угли Райчихин- ского (Дальний Восток), Хоронорского (Забайкалье) и других месторождений.
Оценка ежегодных выбросов в атмосферу радиоактивных материалов
от ТЭС на угле электрической мощности 1 000 МВт
Изотоп | Выбросы, Бк/год | Изотоп | Выбросы, Бк/год |
Ряд 238U | Ряд 235U | ||
238U | 2,96 • 108 | 235U | 1,295 • 107 |
234Th | 2,96 • 108 | 231Th | 1,295 • 107 1,295 • 107 |
238Рат | 2,96 • 108 | 231Ра | 1,295 • 107 |
230Th | 2,96 • I08 | 227Ас | 1,295 • 107 |
226Ra | 2,96 • 108 | 227Th | 1,295 • 107 |
218Ro | 2,96 • 108 | 223Ra | 1,85 • 108 |
214Pb | 2,96 • 108 | 224Ra | 1,85 • 108 |
214Bi | 2,96 • 108 | 212Pb | 1,85 • 108 |
214Po | 1,295 • 107 | 212Bi | 1,85 • 108 |
211Pb | 1,295 • 107 | 208 |
|
211Bi | 1,295 • 107 | Итого 8,18 • 108 | |
| 1,295 • 107 | Выбросы радона | |
Итого 24,2 • 109 | 220 Rn | 1,48 • 1010 | |
Ряд 232Th | 222 Rn | 2,96 • 10!0 | |
232Th | 1,85 • 108 | Итого 452 • 108 | |
228Ra | 1,85 • 108 |
|
|
228Ac | 1,85 • 108 | Итого от 1 ТЭС на угле | |
228 | 1,85 • 108 | в год 5,0 • 1010 | |
210Pb | 2,96 • 108 |
|
|
210Bi | 2,96 • 108 |
|
|
210Po | 2,96 • 108 |
|
|
Итого 16,28 • 108 |
|
|
Таблица 5.12
Количество токсичных элементов в выбросах ТЭС на угле
электрической мощностью 1 000 МВт
Элемент | Приблизительный ежегодный выброс, т/год |
Мышьяк | 9 |
Барий | 30 |
Хлор | 2 |
Марганец | 7 |
Ртуть | 2 |
Никель | 7 |
Ванадий | 7 |
Близкая к этому ситуация может возникнуть и при использовании некоторых типов торфов. Так, например торф Карийского месторождения, который в 1968-1971 гг. использовался в топливной смеси для ТЭЦ-3 г. Кирово-Чепецка, содержит промышленно значимые концентрации урана.
По нашему мнению, выгоднее и безопаснее построить 2 атомных источника энерготеплоснабжения, чем запустить ТЭЦ, работающую на угле, особенно буром.
Следует отметить, что естественные радиоэлементы имеют свойство избирательно накапливаться в тех или иных биологических объектах. Например, полоний-210, продукт распада урана, наиболее интенсивно концентрируется в табаке и при курении с табачным дымом поступает в организм курильщика (и не только!), накапливается в тканях и тем самым усугубляет действие табачного дыма, содержащего канцерогенные вещества. Не случайно специалисты считают табачный дым одним из самых опасных факторов риска заболевания раком (рис. 5.5, табл. 5.13).
Рис. 5.5. Частота заболеваемости раком органов дыхания у курящих и некурящих людей
Содержание полония-210 в печени и крови человека
Таблица 5.13
Ткани и органы человека | Некурящий человек, пКи/кг | Курящий человек, пКи/кг |
Печень | 31,1 | 57,7 |
Кровь | 4,4 | 26,0 |
Естественный радиационный фон в любом регионе прежде всего определяется содержаниями естественных радиоактивных элементов: урана, тория, калия и продуктами их распада (радий-226 и др.).
Существуют видоизмененные формулы для расчета ионизации воздуха над породами и почвами, в состав которых входят естественные радиоактивные элементы. Из этих формул достаточно наглядно виден вклад в мощность экспозиционной дозы различных радионуклидов:
Dr, = 1,84 • 1012 Sr,;
Du = 6,4 • 106 Su;
Dt, = 3,1 • 106 St„;
Dk = 13,3 • 102 Sk,
где DRa, Du и т. д. - мощность дозы в воздухе (рад/год), измеренная над слоем почвы или горной породы, содержащей SRa , Su и т. д. граммов радия, урана и т. д. на грамм породы или почвы.
В табл. 5.14 показан пример расчета экспозиционных доз от пород с различным содержанием урана, тория и калия и примерная мощность экспозиционной дозы, которая может быть измерена на поверхности полевым радиометром СРП 68-01.
Таблица 5.14
Мощность дозы у-излучения от радия, урана, тория и калия
в породах и почвах
Тип породы | Мощность дозы, мрад/год | Мощность дозы у-излучения, измеренная СРП 68-01, мкР/ч | |||
| 226Ra | 238и | 232Th | 40K | |
Вулканические Осадочные: | 24 | 26 | 37 | 35 | ~ 14 |
песчаники | 13 | 7,7 | 18 | 15 | ~ 6 |
сланцы | 20 | 7,7 | 31 | 36 | ~11 |
известняки | 7,7 | 8,4 | 4 | 4 | ~ 3 |
Из вышесказанного следует, что естественный радиационный фон, измеряемый радиометрами и дозиметрами в виде мощности экспозиционной дозы (мкР/ч, нГр/ч), в помещениях также прежде всего определяется видом и типом строительного материала, характеризующегося разным содержанием естественных радиоактивных элементов. Это не касается случаев попадания техногенных радионуклидов в строительные материалы или загрязнения ими в тех или иных ситуациях.
По имеющимся данным, мощность экспозиционной дозы гамма-излучения в зданиях различных стран мира может составлять от 30 до 172 нГр/ч (табл. 5.15).
Мощность дозы у-излучения в зданиях различных стран
Таблица 5.15
Страна | Число обследо ванных зданий | Тип зданий | Мощность дозы в воздухе, нГр/ч | Г од исследований | |
сред няя | Средневзвешенная по стране | ||||
|
| Кирпичные | 110 |
|
|
Австрия | 1 900 | Бетонные | 81 | 71 | 1980 |
|
| Деревянные | 75 |
|
|
|
| Каменные | 110 |
|
|
Великобри- | 2 000 | Различные | 62 | (62) | 1985 |
тания |
|
|
|
|
|
ГДР | 600 | Различные | 74 | (74) | 1969 |
|
| Кирпичные | 60 |
|
|
Дания | 82 | Бетонные | 50 | 60 | 1985 |
|
| Деревянные | 30 |
|
|
Ирландия | 223 | Различные | 62 | (62) | 1985 |
Италия | 600 | Различные | 60 | (60) | 1984 |
Нидерланды | 399 | Различные | 64 | (64) | 1985 |
|
| Кирпичные | 120 |
|
|
Норвегия | 2 026 | Бетонные | 105 | 95 | 1977 |
|
| Деревянные | 71 |
|
|
|
| Сборные | 77-120 |
|
|
Польша | 1 351 | со шлаком |
| 73 | 1984 |
|
| Кирпичные | 57-100 |
|
|
|
| Сборные | 57-100 |
|
|
|
| Кирпично- | 54-68 |
|
|
|
| деревянные |
|
|
|
|
| Деревянные | 60-79 |
|
|
Франция | 946 | Различные | 88 | 75 | 1980 |
| 5 798 | Различные | 75 |
| 1985 |
|
| Каменные | 70 |
|
|
ФРГ | 29 996 | Каркасные | 71 | 70 |
|
|
| Сборные | 40 |
|
|
|
| Деревянные | 45 |
|
|
|
| Кирпичные | 92 |
|
|
Швеция | 1 189 |
| 116 | 96 | 1983 |
|
|
| 172 |
|
|
|
|
| 53 |
|
|
Примечание. Для получения МЭД в мкР/ч необходимо Мэд в нГр/ч разделить на 10.
Эти данные хорошо согласуются с данными, приводимыми для зданий Европейской части СССР (табл. 5.16).
Таблица 5.16
Мощность экспозиционной дозы N в зданиях некоторых городов Европейской части Советского Союза
Город | Г еографическая область | Число зданий | Мате риал | N, мкР/ч | |
в здании | на грунте | ||||
Архангельск | Дельта Сев. Двины | 54 | К | 7,5±2,1 | 5,3±1,1 |
Вильнюс | Зап.-Европ. часть СССР | 49 | К | 7,5±1,11 | 5,2±0,5 |
Владимир | Центр.-Европ. часть СССР | 32 | К | 10,2±1,1 | 7 |
Воронеж | Окско-Донская равнина | 107 | К | 8,2±1,3 | 5,6+2,1 |
Выборг | Карельский перешеек | 87 | К | 23,5±21 | 16±1,2 |
Железно- водск | Сев. Кавказ | 27 | К | 24,2±6,1 | 15,1 ±1,2 |
Калининград | Зап.-Европ. часть СССР | 69 | K | 11,3±4,1 | 6,7+0,9 |
Каунас | Зап.-Европ. часть СССР | 72 | К | 14,1±0,9 | 9,7+1,5 |
Кисловодск | Сев. Кавказ | 62 | К | 16,413,2 | 10,1±3,2 |
Ленинград | Карельский перешеек | 192 | K | 12,8±1,5 | 8,1+2,2 |
Мин. Воды | Сев. Кавказ | 24 | К | 16,1±2,1 | 10,3±2,1 |
Москва | Центр.-Европ. часть СССР | 119 | К | 11,0+0,9 | 9,5 |
Новгород | Зап.-Европ. часть СССР | 52 | К | 10,3+2,9 | 5,1±0,6 |
Псков | Зап.-Европ. часть СССР | 66 | К | 10,6±0,6 | 4,0 |
Пятигорск | Сев. Кавказ | 64 | К | 16,3±2,1 | 10,0±0,9 |
Рига | Зап.-Европ. часть СССР | 129 | К | 8,0±1,4 | 3,0±1,0 |
Рязань | Центр.-Европ. часть СССР | 81 | К | 5,0±1,0 | 6,0±1,5 |
Севастополь | Крым | 117 | И | 3,3±1,3 | 3,4 |
Симферополь | Крым | 98 | И | 13,8±0,7 | 3,5 |
Ставрополь | Сев. Кавказ | 89 | К | 2,1+1,1 | 8,3±1,2 |
Таллин | Зап.-Европ. часть СССР | 89 | К | 4,6±2,1 | 3,2±2 |
Повышенная мощность экспозиционной дозы гамма-излучения в гг. Выборг и Железноводск обусловлена использованием в строительстве зданий местных горных пород, содержащих повышенные концентрации калия, тория, урана и продуктов их распада (радий-226 и др.). В этих же зданиях следует ожидать и высокую концентрацию альфа-излучающего радиоактивного газа - радона, хотя не всегда более высокая МЭД свидетельствует повышенных концентрациях радона. Это объясняется особенностью миграции и накопления урана и продуктов его распада, а также тем, что МЭД может быть обусловлена высокими концентрациями тория и калия в породах.
Выполненная в России работа по построению карт радиационных доз естественного гамма-излучения учитывает вклад как от содержания естественных радионуклидов в поверхностных образованиях земной коры, так и от космического излучения, зависящего от абсолютных высот.
Эти исследования показали, что мощность дозы гамма-излучения горных пород и почв различных ландшафтных зон России отличается на порядок (150-2 070 мкЗв/год). Расчетная средняя мощность дозы естественного гамма-излучения горных пород России близка к 535 мкЗв/год. При средней высоте над уровнем моря территории 430 м доза космического излучения для средних широт составляет 323-333 мкЗв/год.
По величине дозы природного гамма-излучения на территории России выделяются зоны: пониженной (до 600 мкЗв/год), умеренной (600900 мкЗв/год), повышенной (900-1 250 мкЗв/год) и высокой (более 250 мкЗв/год) природной радиации.
Зона пониженной радиации располагается в равнинной части севера России (абсолютная высота до 200 м), охватывая тундровые и таежные ландшафты Русской платформы, центральной части Западно-Сибирской плиты и север Сибирской платформы. Низкие значения радиационной дозы обусловлены пониженными содержаниями ЕРЭ в осадочном чехле, метаморфических и магматических породах основного, среднего состава и почвах (глеевые, болотно-подзолистые, болотные). Космическая составляющая дозы не превышает 300 мкЗв/год.
Зона умеренной радиации охватывает лесостепные ландшафты Восточно-Европейской равнины, включая южную часть Русской платформы и Урал. В Азиатской части она сопряжена с таежными ландшафтами северной части Алтае-Саянской области и юго-восточной окраиной Сибирской платформы. Фоновое значение дозы природного гамма-излучения объясняется здесь широким развитием осадочных и магматических формаций с кларковыми концентрациями ЕРЭ, распространением дерновоподзолистых, подзолистых и мерзлотно-подзолистых почв, мощность дозы которых превышает 600 мкЗв/год. Космическая составляющая дозы составляет 310-340 мкЗв/год, так как средние абсолютные высоты не превышают 300-500 м. В зоне умеренной радиации проживает около 70 % народонаселения России.
Зона повышенной природной радиации сопряжена со степными ландшафтами Предкавказья и горно-таежными ландшафтами обширных территорий Восточного Забайкалья и Дальнего Востока. Преобладающими высотами здесь являются 1 000-1 400 м и выше, что создает дозу космического излучения более 400 мкЗв/год. В пределах зоны широко распространены кислые магматические породы с повышенными содержаниями ЕРЭ. Среди почв преобладают лугово-черноземные, каштановые (степная зона), дерново-подзолистые и подзолистые (горно-таежная зона), мощность дозы от которых достигает 800-900 мкЗв/год. Относительно повышенные значения мощности дозы гамма-излучения установлены и в Предкавказье (1 100-1 250 мкЗв/год). Как считают некоторые специалисты, это связано с широким развитием в регионе битуминозных повышеннорадиоактивных мезозойских отложений краевого прогиба и радиогеохимически специализированных по урану пород.
Территории с высокими дозовыми нагрузками занимают не более 1,4 % площади России и не образуют единой зоны. Как правило, это горные и высокогорные районы южной, юго-восточной и восточной окраин России. Эти территории располагаются на Кавказе, в Горном Алтае, на хребтах Акиткан, Становом, Сунтар-Хаята, Патомском, Алданском, Ана- барском нагорьях, Витимском плато и Кольском полуострове. Повышенная доза радиации определяется коренными выходами магматических пород ультракислого, щелочного составов и ультраметаморфическими формациями. Заметный вклад в этих районах в интенсивность радиации вносят также дозовые нагрузки космического излучения, так как абсолютные высоты достигают 1 500-2 000 м и выше.
В Западно-Сибирском регионе радиационная обстановка также прежде всего определяется естественным фактором.
Среди природных факторов повышенной радиационной обстановки на территории бассейна р. Оби можно выделить следующие. Наличие крупных месторождений ильменит-цирконовых песков и ряда других месторождений, содержащих повышенные концентрации тория, урана, редких земель, а также месторождений радиоактивных руд (левые притоки р. Томи - р. Кия и др.). Распространение гранитоидов с повышенным содержанием урана и тория (белокурихинский, колыванский, чебулинский и другие комплексы). Развитие некоторых типов угленосных отложений (бурые угли, лигниты и т. д.), содержащих повышенные концентрации радиоактивных элементов (Итатское буроугольное месторождение в Кузбассе, лигниты Томской области и т. д.). Поступление на поверхность радийсодержащих пластовых вод при отработке нефтяных месторождений. Повышенные концентрации урана (до 10-5-10-4 г/л) в питьевых водах за счет особенностей их формирования в геологических формациях, специализированных на уран (Зырянский, Бакчарский и другие районы Томской области и т. д.). Существование крупных золоотвалов ТЭЦ и ГРЭС с повышенными содержаниями естественных радионуклидов, загрязнение природной среды пылеаэрозольными выбросами от сгорания углей. Отсыпка дорог в населенных пунктах шлаками с повышенным содержанием урана и тория, как производимыми на территории, так и привозимыми извне. Эпизодический завоз на территорию фосфатной муки, минеральных удобрений с высоким содержанием естественных радионуклидов.
Несанкционированное использование материалов с высокими содержаниями радиоэлементов приводит к общему повышению радиационного фона выше природного (1, 2, 3, 6, 7-й факторы); образованию и накоплению радиоактивного газа без запаха и цвета - радона (1, 2, 3, 4, 6-й факторы), являющегося одним из опаснейших канцерогенов в силу того, что он является альфа-излучателем. В ряде случаев, радиоактивные элементы (уран, торий) и сопутствующие им редкие земли, накапливаясь в воде до высоких концентраций, становятся мощными «экологическими бомбами» химической природы с замедленным действием (уран, например, является почечным ядом).
На сегодняшний день на территории бассейна р. Оби известно достаточно большое число случаев установления зон и площадей высокого радиационного риска, обусловленного природными радиационными факторами.
В большинстве случаев эти участки могут быть довольно оперативно и с высокой степенью достоверности установлены методами аэрогамма- спектрометрии, автогамма-спектрометрии и т. д.
Для выполнения этих видов работ в бассейне р. Оби имеется специализированное высококлассное производственное предприятие «Березов- геология» (г. Новосибирск).
Несколько сложнее обстоит дело с определением альфа-, бета-излучающих компонентов, особенно радона. Разработки последних лет ГГП «Березовгеология» («Омега», РРК-103 и др.), Радиевого института им. Хлопина (твердотельные детекторы на основе твердотельных материалов) и других организаций позволили оценить в первом приближении картину радоновой опасности в регионе.
Эффективная эквивалентная доза от всех природных факторов радиационного характера (без учета радона) за всю жизнь человека на этой территории (за некоторым исключением в отдельных зонах) может быть оценена на уровне 1-5 мЗв, что находится на среднем общепланетарном уровне.
Естественные радиоактивные элементы присущи в тех или иных количествах всем природным объектам нашей планеты. Живое вещество эволюционировало и адаптировалось к ионизирующему излучению на протяжении сотен миллионов лет. И неслучайно в живом мире существуют организмы, выдерживающие ионизирующую радиацию, соответствующую уровням в эпицентре ядерных взрывов (скорпионы и некоторые другие), а их хитиновый покров является лучшим материалом, защищающим организм от радиации. Существуют многочисленные мнения о том, что радиоактивность была одним из факторов зарождения сложных органических соединений и генетических изменений в живой природе.
Еще по теме Естественные радиоактивные элементы:
- ИОНИЗИРУЮЩЕЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
- Экспоненциальный рост техногенной нагрузки на среду.
- 1.1. Концепция экосистемы
- БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МИГРАЦИИ ЕСТЕСТВЕННЫХ И ИСКУССТВЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ Р.М. Алексахин, Ф. А. Тихомиров
- Радиоактивные отходы
- 3.5. РАСТУЩАЯ ЗЕМЛЯ: ИЗ ПЛАНЕТ В ЗВЕЗДЫ (ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ ЗВЕЗДНО-ПЛАНЕТНЫХ СИСТЕМ)
- Регионы Земли с наибольшими масштабами проявления современного экологического кризиса.
- ГИДРОСФЕРА
- Элементы круговорота веществ и энергии в природных системах
- Радионуклиды
- История открытия и изучения радиоактивности
- Общие понятия о радиоактивности
- Общие понятия о единицах измерения радиоактивности
- Естественные радиоактивные элементы