Миграция на радионуклиди в различни компоненти на биосферата
Използването на ядрена енергия е придружено от появата на изкуствени радионуклиди в биосферата и включването им в процесите на биогеохимична миграция, а в някои случаи и от промяна в скоростта на миграция на естествени радионуклиди поради човешка дейност, свързана с тяхното движение от дълбоките зони на земната кора (например добив на уран).
Натрупването на изкуствени радионуклиди в естествената среда може да има редица последствия. Първо, радионуклидите са източници на радиация, които могат да доведат до различни радиационни ефекти в естествената среда. На второ място, в резултат на процесите на радиоекологичен трансфер може да възникне натрупване на радионуклиди в някои връзки на тяхната миграция и живите организми, характеризиращи се с повишено натрупване на радиоактивни вещества, могат да бъдат подложени на относително високо радиационно облъчване. На трето място, възможно е радиоактивните вещества да попаднат в храната на човека и по-нататък в тялото му като едно от крайните звена в кръговрата на радионуклидите в биосферата (3).
Естествените и изкуствените радионуклиди, отделяни в околната среда в резултат на човешката дейност, са включени в биогеохимични цикли на циркулация, чиито основни характеристики се определят преди всичко от свойствата на самата среда.
5.1 Атмосфера
Атмосферата е източник на радионуклиди за сухоземните и водните екосистеми. Атмосферните радионуклиди образуват външното облъчване на живите организми и след като попаднат от въздуха в земните биогеоценози и водната среда, тези радионуклиди се включват в цикличните процеси в биосферата.
Радиоактивността на повърхностната атмосфера се формира главно от радионуклиди от естествен произход, но през последните десетилетия радиоактивните отпадъци започнаха да оказват значително влияние,образувани от продуктите на ядрени експлозии и газоаерозоли от атомни електроцентрали и други ядрени енергийни съоръжения (29).
Тестовете на ядрени оръжияв атмосферата са източници на допълнително излагане на световното население.
Според ООН от 1945 до 1980 г. са извършени 423 експлозии с общ капацитет 545,4 Mt. Информация за броя на изпитанията на ядрени оръжия в атмосферата от пет страни - членки на "ядрения клуб" е дадена в таблица № 4 по-долу. През 1963 г. САЩ, СССР и Великобритания подписаха споразумение за прекратяване на експерименталните ядрени взривове в атмосферата, космическото пространство и под водата. Франция отказа да се присъедини към този договор и продължи да тества ядрени оръжия в атмосферата до 1974 г., докато КНР продължи до 1980 г.
Ядрените оръжия са тествани на полигоните: в Маралинг (Австралия), Семипалатинск (СССР), бр. Невада близо до Лас Вегас (САЩ), на атола Муруроа във Френска Полинезия и в китайската провинция Синдзян (130).
Брой експериментални ядрени експлозии, извършени в атмосферата от страни с ядрени оръжия (130).
Период от време, години
Обща мощност, Mt
По време на тези експлозии се образува голямо количество радионуклиди както в резултат на процесите на ядрено делене, така и в реакциите на синтез на леки ядра. Общоприето е, че добивът на продукти на делене е пропорционален на мощността на експлозията, дължаща се на реакцията на делене, а добивът на нуклиди, дължащи се на продуктите на активиране на, например, ядра като H 3 и C 14, е пропорционален на мощността на експлозията, дължаща се на реакцията на синтез.
При експлозии с мощност 100-200 kt в близост или на земната повърхност радионуклидите се пренасят на височината на тропосферата. След като навлязат в атмосферата, радиоактивните продукти от експлозиите бързо се спускат до височина около 4 км в резултат натурбулентно смесване и конвективен транспорт. Следователно радиоактивните отпадъци от тропосферата падат върху земната повърхност най-много за няколко месеца. Обикновено полуживотът е 20-40 дни. В същото време най-големите частици (повече от 10 микрона, до няколко mm) се съдържат в сухи утайки, а останалите са главно с дъжд или сняг.
При експлозии с мощност 1-50 mt височината на изпускане на радиоактивен облак достига тропосферата.
При по-мощни експлозии радиоактивните продукти се изхвърлят в стратосферата, където смесването на вертикалните слоеве въздух е слабо и отлагането е бавно. Радиоактивни аерозоли с микроскопични размери (4 * 10-5 cm) като част от радиоактивен облак остават в стратосферата от няколко месеца до няколко години, а ветровете носят този облак над цялата Земя (стратосферен транспорт). До 2/3 от общите валежи са стратосферни валежи, с които в земната повърхност навлизат изкуствени радионуклиди от ядрени експлозии.
Сезонните промени в преноса на въздушни маси от стратосферата към тропосферата (обмен стратосфера-тропосфера) също определят сезонните промени в падането на радионуклиди върху земната повърхност. Движението надолу се увеличава над антициклониката и намалява над циклониката (поради образуването съответно на низходящи и възходящи потоци). Оттук и значителната зависимост на плътността на радиоактивните отпадъци от метеорологичните параметри. Освен това скоростта на пречистване на тропосферата от радиоактивни аерозоли и съответно плътността на радиоактивните утайки зависят от размера на аерозолите и техните физикохимични свойства (включително формата на химичните съединения), разтворимост, електрически заряд, естество на радиоактивно разпадане, наличие на други аерозолни частици в атмосферата (прах,соли, течности) и естеството на подлежащата земна повърхност.
Валежите са с валежи и без тях (сухи). В умерените ширини с валежите изпадат 9 пъти повече радиоактивни продукти. В сухите зони сухото отлагане става преобладаващо.
Снегът измива аерозолите няколко пъти по-ефективно от дъжд със същата интензивност, а ефективността на измиване от валеж с малки капки е по-голяма, отколкото при валеж с големи капки. Количеството отстранени радиоактивни примеси е правопропорционално на количеството на валежите, които ги отстраняват. В умерените ширини с атмосферни валежи (мокри утайки) се отстраняват около 60-70% от общото количество радиоактивни утайки. Освен това степента на радиоактивни отпадъци в северното полукълбо е по-голяма, отколкото в южното.
Радиоактивните отпадъци се разделят на три вида в зависимост от времето, изминало от момента на експлозията до утаяването на частиците на земната повърхност.
1.Близкиили локални отлагания са представени от относително големи (повече от 100 микрона) частици, които се утаяват на земята главно под въздействието на гравитацията. Локалните отлагания започват веднага след експлозията и продължават през следващите 1-2 дни, като обхващат все по-голяма площ, тъй като радиоактивният облак се носи от вятъра. В резултат на локални отлагания върху земната повърхност се образува радиоактивна следа, широка няколко десетки и дълга няколкостотин километра. Големите частици, утаяващи се под действието на гравитацията, падат директно върху земната повърхност, включително върху растителността и животните, причинявайки замърсяване на повърхността им.
2.Междиннитеили тропосферните отлагания са представени от малки частици (няколко микрометра или по-малко). Тези частици се образуват в тропосферата, под тропопаузата.(преходен слой между тропосферата и стратосферата), на височина 11-16 км. Времето на полуразпад на тези частици от тропосферата е 20-30 дни.
3.Глобалнитеили стратосферните отлагания се състоят от частици от няколко стотни до десети от микрометъра, изхвърлени в стратосферата на височина от 10-30 km. Оттам те се транспортират в тропосферата чрез струйни течения и циклонални вихри или с въздушни маси през прекъсвания в тропопаузата (58). При смесването на въздушните потоци в стратосферата радионуклидите се пренасят от едно полукълбо в друго. Времето на престой на частиците в стратосферата достига почти две години.
Глобалните отпадъци се характеризират с почти пълна асимилация от биологични системи.
Радиоактивните вещества, образувани по време на ядрени опитни взривове, създават радиационно облъчване - вътрешно облъчване (от вдишване на радиоактивни вещества, съдържащи се в повърхностните слоеве на атмосферата и консумация на храни и питейна вода, замърсени с радионуклиди) и външно облъчване (от радиоактивни вещества, намиращи се в приземния слой на въздуха или отложени върху земната повърхност).
По-голямата част от дозата на облъчване на населението на света от радионуклиди Zr 95 , Ru 106 , Ce 144 , I 131 , образувана в резултат на всички тестове, проведени до 1980 г., вече е формирана. Значителна част от дозата Sr 90 , Cs 137 се формира до 2000 г. (130).
В допълнение към дългоживеещите радионуклиди, по време на ядрени експлозии в земната атмосфера са изпуснати и краткоживеещи радионуклиди.
Индивидуалната еквивалентна доза на облъчване, дължаща се на изпитване на ядрени оръжия в атмосферата, е 4,5 mSv в СССР, а средно по света - 3,8 mSv, като основен принос е (
2,6 mSv) допринася C 14 за посочените дозови натоварвания, който има много дълъг полуживот.
Емисии от АЕЦ. При нормална работа на атомните електроцентрали в атмосферните емисии преобладават инертни радиоактивни изотопи на ксенон, криптон и аргон. За да се намали тяхната радиоактивност в атомните електроцентрали, те временно се държат в реактора (за разпадане на краткотрайни радионуклиди), преди да бъдат изпуснати в атмосферата. При разпадането на инертни радиоактивни газове се образуват стронций-90 и цезий-137, които се характеризират с дълъг период на полуразпад.
Освен инертни радиоактивни газове, ядрените енергийни съоръжения отделят в атмосферата тритий, въглерод-14, стронций-90, йод-131, цезий-137, както и следи от техногенни радионуклиди - хром-51, манган-54, кобалт-58, кобалт-60, цирконий-95, ниобий-95 и др. в близост до атомната електроцентрала и само йод-131 се намира на разстояние 30-50 км.