Thorn;Теми рефератів, доповідей. 1. Аварія на ЧАЕС – найбільша катастрофа ХХ століття
1. Аварія на ЧАЕС – найбільша катастрофа ХХ століття.
2. Наслідки аварії на ЧАЕС для здоров’я нашого народу.
3. Радіоактивне забруднення водних об’єктів.
Тема 5.
«Радіоекологія.Урбоекологія. Екологія і космос»
Thorn;План викладу і засвоєння матеріалу
1Що таке радіація.
2.Радіоактивність
3.Групи радіонуклідів за токсичністю
4 Біологічна дія різних видів радіації. Закон Бергоньє-Трибонто.
5. Урбоекологія.
6. Екологія і космос.
þСуттєво:
Після вивчення матеріалу ви повинні:
Знати:
- визначення та сформулювати завдання радіоекології;
- проблеми радіоекології та шляхи їх вирішення.
- визначення та сформулювати завдання урбоекології;
- основні забрудники в містах;
- що таке екологія космосу;
- проблеми урбоекології та шляхи їх вирішення.
-
Вміти:
- пояснити завдання радіоекології;
- сформулювати основні екологічні причини радіоактивного забруднення та шляхи їх подолання.
- пояснити чим обумовлене зростання населення міст;
- обґрунтувати основні принципи майбутнього містобудування;
- назвати причини забруднення космосу;
- сформулювати основні екологічні проблеми космічного простору та шляхи їх подолання
Ключові екологічні поняття та терміни:
- радіоекологія;
- випромінювання.
- урбоекологія;
- екологія космосу.
1. Білявський Г.О., Фурдуй Р.С., Костіков І.Ю. "Основи екологічних знань", Київ. "Либідь", 2000 р. ст..329 -234
2. Запольський А.К., Салюк А.П. "Основи екології", Київ. "Вища школа", 2001 р.ст.300- 306, ст.. 309 -311
І. Суть і зміст радіації
Радіація (radiation) – це іонізуюче випромінювання (електронів, позитронів, мезонів, нейтронів, ядер елементів, електромагнітних коливань), взаємодія якого з середовищем приводить до утворення іонів різних знаків.
Радіація є скрізь. Вона надходить з космосу, з природних земних речовин, утворюється при горінні та вугільно-топливному циклі. Наземні джерела радіації забезпечують приблизно 5/6 дози природного опромінення населення, а космічні – менше 1/6 дози.
Радіація була, є і буде завжди і скрізь. Радіоактивні елементи входять до складу Землі з початку її існування і продовжують бути присутніми дотепер.
Радіація представлена корпускулярними частинками (альфа, бета, нейтронна) та електромагнітними хвилями (гама, рентгенівське), енергія яких має іонізуючу дію. Оптичні і радіохвилі теж відносяться до електромагнітних випромінювань, але не здійснюють іонізації, оскільки мають низьку енергію.
Електромагнітні іонізуючі випромінювання – це рентгенівське і γ-випромінювання радіонуклідів. До корпускулярного випромінювання відносять електрони, позитрони, ядра атомів водню (протони), дейтерію (дейтрони), гелію, π-мезони, нейтрони.
Джерелами радіації є наступні: космічна, земне. Земну радіацію можна ділити на природну і штучну. Земні джерела радіації розрізняють на закриті і відкриті.
Термін “радіація” введений у науку П’єром Кюрі і Марією Складовською-Кюрі (1898) і застосовується не тільки до іонізуючого14 випромінювання, але і цілого ряду інших фізичних явищ, наприклад, сонячна радіація, теплова радіація тощо.
Класифікацію іонізуючої радіації можна здійснювати наступним чином:
- Корпускулярна (має масу спокою);
- Електромагнітні хвилі (фотонна).
У свою чергу корпускулярна радіація поділяється так: альфа-випромінування, бета випромінювання, потік частинок (протонів, нейтронів тощо), а фотонна – гамата-, рентгенівське та ультрафіолетове випромінювання.
Радіація характеризується своєю іонізуючою і проникливою здатністю.
Іонізуюча здатність – це кількість пар іонів, що утворюються частинкою в одиниці об’єму, маси середовища або на одиницю довжини шляху.
Проникаюча здатність радіації визначається довжиною пробігу частинки в речовині до її повного зникнення.
Одиниці, що використовуються для вимірювання іонізуючого випромінювання наступні:
у системі CІ несистемні
- активність - Бк (бекерель) Кі (кюрі)
- поглинута доза - Гр. (грей) Рад (рад)
- еквівалентна доза - Зв (зіверт) Бер (бер)
- експозиційна доза - Кл/кг (кулон на кг Р (рентген)
- ефективна еквівалентна доза – Зв (зіверт) Бер.
Співвідношення між величинами одиниць радіації наступне:
1 Бк = 1 розпад/сек = 2,7 х 10 –11;
1Кі = 3,7 х 1010 Бк;
1 Гр = 100 рад = 1 Дж/кг;
1 рад = 10–2 Гр = 100 Ерг/г;
1 рад = 1,14 Р;
1 Зв = 100 Бер = 1 Гр;
1 Зв = 1 Гр;
1 Бер = 10–2Зв = 10–2 Гр (Бер біологічний еквівалент рентгену);
1 Р = 2,5 * 10–4 Кл/кг (кулон на кілограм).
Радіація може бути природною і штучною, створеною людиною. Іонізуюче випромінювання може бути електромагнітним, корпускулярним, що при взаємодії з речовиною безпосередньо чи опосередковано викликає збудження й іонізацію атомів і молекул. Радіація утворюється при курінні, телевізійною і компютерною технікою, діагностичною рентгенапаратурою.
Утворюється радіація при пожежах, вулканічних процесах тощо.
Радіація – це не щось нове, створене людиною, вона існувала, існує і буде існувати вічно.
Радіація існувала задовго до зародження життя, вона мала місце в космосі до виникнення Землі. Радіацію не можна побачити, почути, осягати, понюхати (органи чуття не реагують на іонізуюче опромінення), зважити, але можна визначити її дози спеціальними дозиметричними приладами. Радіація володіє кумулятивним ефектом, тобто малі дози опромінювання можуть накопичуватися і підсумовуватися. Радіація має не тільки пряму дію на організм, який опромінюється, а і опосередковану на потомство (генетичний ефект). Різні організми мають різну чутливість до радіації.
Радіація – це явище, що відбувається в радіоактивних елементах, ядерних реакторах, при ядерних вибухах, що супроводжується виділенням частинок і різних випромінювань, які по різному впливають на живі системи і їх угрупування. Іонізуюче випромінювання є один із проявів фізико-хімічних процесів цього явища. А проникаюча радіація – це фактор ураження органічних субмолекул, клітин, тканин, органів, організму, що супроводжуються їх руйнуванням, опіками, утворенням токсичних речовин, ушкодженням імунної системи, зниженням резистентності тощо.
Радіація – це випромінювання, що прямо чи опосередковано здатне іонізувати середовище. Радіація може бути простою – це окремо взяті альфа-, бета-частинки, гама-хвилі тощо; і змішаною – всі форми іонізуючого випромінювання разом взяті.
На планеті в різних місцях, у різні сезони року різний рівень радіації. Природний радіаційний фон формується космічним випромінюванням, а також іонізуючим випромінюванням від природних радіонуклідів, що знаходяться в землі, воді, повітрі. Концентрація природніх радіонуклідів у природі варірює у широких межах. Середня потужність поглинутої дози у повітрі на висоті 1 м над поверхністю землі становить 4,5 мкрад/год, в приміщеннях – приблизно 5,3 мкрад/год, тоді як, наприклад, у місті Гуарапарі (Бразилія) до 200 мкрад/год, у штаті Керала (Індія) до 130 мкрад/год. Природний радіаційний фон є одним з екологічних факторів для всіх живих систем планети.
Питання про роль природного радіаційного фону для рослинного і тваринного світу повністю не з’ясовано. Існує думка, жіві системи планети протягом еволюції адаптувались до порівняно невисоких доз опромінення, навіть публікувались роботи, в яких робились спроби обґрунтувати позитивну дію радіації на життєдіяльність живих систем. Разом з тим з’являється все більше матеріалів, де вказується на те, що природний радіаційний фон є (або може бути) причиною спонтанної появи пухлин різної природи, ураження хромосом і появи шкідливих мутацій.
Радіація здатна вбивати (діючи на організм фізично, хімічно, біологічно і в комплексі, прямо і опосередковано), руйнувати, лікувати, бути джерелом енергії тощо.
Радіація руйнує всі форми життя, за умови, коли вона досягає певної дози. Пряма дія радіації в кожній формі не супроводжується відчуттям болю. Від незначної дози радіації організм захищає імунна система. Дози радіації можна поділити на допорогові – це таки дози, за дії яких організм здатний захиститися; порогові (або крайньо допустимі) і надпорогові, за умови дії яких організм уражає променева хвороба або він гине. Хоча неможна вважати, що малі дози радіації нешкідливі, оскільки і вони здатні впливати по різному, зокрема на спадковість і мінливість організму.
Радіаційні норми доз поділяються на міжнародні, націонльні, регіональні.
Радіація впливає на генетичну, імунну системи, на кров і мієлопоез, на травлення. ЇЇ вплив може бути прямим і не прямим.
Радіація використовується у промисловості, енергетиці, сільському господарстві (спрямований штучний мутагенез), медицині (діагностика, лікування), науці, військовій справі (за даними Скгольмського міжнародного інституту проблем миру станом на січень 2009 року вісім країн нашої планети мали більше 23300 одиниць ядерної зброї), геології (пошуки корисних копалин), геохронології (при визначенні віку гір), астрономії (рентгенівська астрономія), реннтгенодефектоскопії, рентгеноструктурному аналізі тощо.
Радіація – найбільш гостра проблема сучасності. ЇЇ не можна обмежити кордонами; її тяжко обмежити часом (до повного розпаду радіоактивних речовин потрібно від секунд до декількох мільйонів років, тому термін її шкідливої дії може тривати десятки тисяч років); вона не шанує рангів, оскільки вражає як королів, імператорів, генералів, так і пастухів, солдатів та інший простий люд. Радіація фізично і хімічно здатна знищити середовище органічного життя на нашій планеті.
Радіація є продуктом радіоактивності. Ррадіоактивність – процес самовільного перетворення ізотопів одного хімічного елемента в інший, що супроводжується випромінюванням елементарних частинок, або електромагнітних хвиль, що призводить до зміни атомного номера або зміни масового числа. Зміна атомного номера призводить до перебудови одного хімічного елемента в іншій; при зміні тільки масового числа відбувається перебудова ізотопів данного елементу.
ІІ. Радіоактивність.
Іонізуюче випромінювання (радіоактивність) об’єднує різноманітні види випромінювання за своєю природою, але всі вони подібні тим, що несуть високу енергію, іонізуютчу дію та вражають біологічні об’єкти.
Радіоактивність (радіо – випомінюю + активність – дію) – явище спонтанного перетворення атомного ядра ізотопу одного хімічного елементу в ядро ізотопу того ж або іншого елементу і супроводжується іонізуючим випромінюванням. Радіоактивність ядер ізотопів існує в природі – це природня радіоактивність. ЇЇ відкрив у 1896 році А. Беккерель. Радіоактивність ядер ізотопів, одержаних у результаті ядерних реакцій – це штучна радіоактивність. ЇЇ відкрили у 1934 році Ф.Жоліо-Кюрі та І. Жоліо-Кюрі. Характерним прикладом радіоактивного перетворення є ланцюгова реакція перетворення урану 238 у стабільний нуклід свинцю 206: Уран 238 – Терій 234 – Протактиній 234 – Уран 234 – Свинець 206. На кожному етапі такого перетворення виділяється енергія.
Радіоактивність – це всякі іонізуючі випромінювання, взаємодія яких зі зовнішнім середовищем викликає іонізацію з утворенням електричних зарядів різних знаків. Радіоактивність є кількісною характеристикою іонізуючого випромінювання. Якісною характеристикою іонізуючого випромінювання є вид і енергія випромінювання, проникаюча здатність, період напіврозпаду. Розрізняють корпускулярне і фотоне іонізуюче випромінювання. У першому випадку перетворенні атомів виділяються часточки – альфа, бета, нейтрони, протони тощо. Альфа-розпад властивий для радіоактивних елементів з великим порядковим номером (уран, радій, плутоній). Бера-розпад існує в двох різновидностях – елементарний і позитроний при фотоному (потік електромагнітних хвиль, що випускаються окремими порціями - квантами) випромінюванні утворюється квант енергії – рентгенівські або гама- випромінювання. Гама-промені поширюються зі швидкістю світла, вони не несуть електричного заряду, але здатні вибивати електрони з атомів любих хімічних елементів (фотоелектрична дія).
Іонізація та збудження атомів, що виникає при ній, є пусковим механізмом процесів, які призводять до променевого ураження біологічних структур – молекул, клітин, тканин, органів, систем органів, організму, угрупувань організмів, екосистем, біосфери, вносячи в них якби біологічний беспорядок.
Процес спонтанного перетворення ядер ізотопів називається радіоактивним розпадом. Цей процес супроводжується випромінюванням ядрами інших ядер, альфа- , бета- корпускулярних частинок та гама-променів (електромагнітні хвилі). Ці процеси обумовлені сильними взаємодіями різних форм розпаду.
Основний закон радіоактивного розпаду виражається формулою:
N = N0 exp (-λt),
де
N0 – кількість ядер в об’ємі речовини на початку моменту часу,
N – кількість ядер на момент часу t,
λ - постійна розпаду, що має зміст вірогідності розпаду ядра за 1 секунду.
Радіоактивний розпад характеризується середнім часом життя радіоактивного ізотопу τ = 1/λ і періодом напіврозпаду, що виражається формулою T1/2 = τ ln2.
Умовно до радіоактивного відносять розпад зτ › 10–12 секунди.
За міжнародною системою одиниць одиницею радіоактивності є беккерель (Бк) – це одиниця активності нукліда, рівна одному радіоактивному розпаду за секунду. Одиниця Бк пов’язана з позасистемною одиницею радіоактивності кюрі співвідношенням 1 Кu = 3,7 · 1010 Бк.
Радіація може бути безпосередньою, тобто прямою або непрямою. Пряма радіація – це заряджені частки з кінетичною енергією, достатньою для іонізації при зіткненні з атомами речовини. Пряма радіація - це потоки електронів, позитронів, важких заряджених часток (протони, дейтрони, ядра інших атомів, заряджених мезонів і гіперонів).
Непряма радіація складається з фотонів і незаряджених часток, утворених прямою радіацією. До непрямої радіації відноситься електромагнітне (фотонне) випромінювання, зокрема рентгенівське, гама-промені, потоки нейтронів і незаряджених мезонів і геперонів.
Активнисть іонізуючого випромінювання вимірюють в Беккерелях (Бк).
Джерелами радіації є природні і штучні радіоактивні речовини, космічний простір, ядерні реактори, рентгенівські трубки, різноманітні прискорювачі заряджених часток – бетатрони, циклотрони, лінійні прискорювачі, синхротрони, мікротрони. Природне радіоактивне випромінювання створюють понад 60 радіонуклідів, наявних у біосфері Землі.
Природній радіаційний фрн на 30% представлений космічною радіацією і на 70% - земними джерелами.
Джерела радіації поділяють на закриті і відкриті. Закриті джерела іонізуючого випромінювання (ДІВ) – це ті, що виключають надходження радіоактивних речовин до зовнішнього середовища та їх інкорпорацію до організму. До них відносяться гама-опромінювачі, рентгенівські апарати, інші пристрої з використанням бета- і гама-випромінювання. Ці джерела можуть викликати тільки зовнішнє опромінення, тому розробляються заходи захисту з врахуванням цього. Закрите ДІВ – радіоактивна речовина знаходиться у твердій захисній оболонці з неактивного матеріалу чи інкапсульована у тверду неактивну захисну оболонку - досить міцну, щоб запобігти будь-якому розповсюдженню речовини за нормальних умов експлуатації та зносу протягом установленого терміну служби, а також в умовах непередбачених неполадок.
Поняття "закрите джерело" містить як радіоактивну речовину, так і оболонку чи капсулу, за винятком таких випадків:
а) капсула й оболонка призначені тільки для збереження, транспортування і поховання РР;
б) радіоактивна речовина в ядерному реакторі або ядерний тепловиділяючий елемент (твел).
До них належать γ-опромінювачі різноманітного призначення, джерела α- і β-випромінення та інші, що виготовлені у вигляді дисків, сплавів, стрижнів, сталевих ампул, а також рентгенівські апарати. Вони можуть викликати тільки зовнішнє опромінення, тому всі захисні заходи розробляються з урахуванням цієї обставини.
Закриті ДІВ за характером впливу можна поділити на дві групи:
1) джерела випромінення безперервної дії;
2) джерела, що генерують випромінення періодично.
До першої групи належать γ-установки різного призначення, нейтронні, β- і γ-випромінювачі. До другої - рентгенівські апарати і прискорювачі заряджених частинок енергій, що перевищують 10 Мев.
Використання радіонуклідних джерел закритого типу і пристроїв, що генерують ІВ, дозволяється лише в умовах, передбачених Державними стандартами України (ДСТУ) і технічною документацією на джерела, погодженою з МОЗ.
Відкриті джерела іонізуючого випромінювання – це ті, що можуть потрапити до оточуючого середовища і бути інкорпорованими до організму рослин, тварин, людини. Це ізотопи, які використовуються у вигляді газів, аерозолей, рідин, розчинів, порошків. Це високовольтні джерела постійного струму, поклади радіоактивних порід, теплові електростанції тобто все, що не підпадає від визначення “закриті ДІВ”. При цьому можливе не лише зовнішнє, але й додаткове внутрішнє опромінення персоналу.
До джерел надходження радіонуклідів у навколишнє середовище належать виробництва, що використовують зразки проб чи реактиви, котрі містять РР в концентраціях, що дають змогу віднести їх до твердих або рідких радіоактивних відходів (РАВ), а також лабораторії, які проводять радіологічний моніторинг навколишнього середовища.
Принципи захисту від відкритого зовнішнього опромінення можна вивести з таких основних закономірностей розподілу іонізуючого випромінювання і характеру їх взаємодії з речовиною:
- доза зовнішнього опромінення пропорційна інтенсивності та часу впливу випромінення;
- інтенсивність випромінення від джерела прямо пропорційна кількості квантів або частинок, що виникають у ньому за одиницю часу і обернено пропорційна квадрату відстані;
- проходячи через речовину, випромінення поглинаються нею і їх пробіг залежить від густини цієї речовини.
При роботі з відкритими джерелами має передбачатися комплекс заходів безпеки, спрямованих на запобігання забруднення повітря робочої зони, поверхонь у виробничих приміщеннях і розташованого в них устаткування, шкірних покривів і спецодягу персоналу, а також об'єктів навколишнього середовища при експлуатаційному і ремонтному режимах роботи, при виведенні з експлуатації і при ліквідації наслідків радіаційної аварії.
Природній радіаційний фон – це фон, що створюється космічним випромінюванням, природними і штучними радіоактивними речовинами та джерелами іонізуючого випромінювання.
Космічна радіація вічна, вона в умовах Землі є скрізь. Хоча на Північному і Південому полюсах планети її більше, ніж в екваторіальній зоні. Це значною мірою обумовлено наявністю магнітного поля планети, силові лінії якого виходять і входять на полюсах.
У різних регіонах планети Земля радіаційний фон різний. Він збільшується у регіонах, де є родовища уранових руд, радіоактивних сланців тощо.
В Україні до зон підвищеної радіоактивності належать Жовті води, Миронівка, Хмельник, Кіровоградська область тощо.
Чим вище над рівнем моря, тим інтенсивнішою є радіація, оскільки повітря значною мірою захищає Землю від космічної радіації. Наприклад, доза опромінення протягом року на рівні моря становить 0,3 мЗв, на висоті 4000 м над рівнем моря – 1,7 мЗв, а на висоті 12 км вона зростає у 25 разів. Тому опромінення при польотах залежить від висоти і тривалості польоту. Так, при польоті з Москви до Хабаровська екіпаж одержує опромінення 4—50 мЗв.
Космічне випромінювання за своїм походженням поділяють на первинне і вторине. Первинне складається з частинок легких елементів – водню, гелію, літію, берилію, бору та інших. Ці частинки енергії утворюються в надрах Галактики та Сонця. Вторинне космічне випромінювання - це енергія, утворена в результаті взаємодії первинних космічних часток з атмосферою Землі. Воно складається з електронів, протонів, мезонів, фотонів тощо.
У космічному випромірюванні на рівні поверхні моря виділяють м’які й жорсткі компоненти. М’які компоненти поглинаються шаром свинцю завтовшки 8…10 см. Жорсткі компоненти проникають через шар свинцю завтовшки 1 м.
Біологічний ефект радіації може бути дуже значним при загальному несуттєвому рівні перенесення енергії. Так, летальної дози гама- чи рентгенівських променів для людини, якщо її перетворити на теплову енергію не вистачить навіть на те, щоб закип’ятити склянку води. У той же час тварини здатні переносити значно більші дози інфрачервоного опромінювання. Отже, іонізуюче опромінення обумовлює якісно інші зміни в організмі. Іони, що утворюються під дією радіації, мають велику хімічну активність і можуть породити ланцюг подій – мутації, променеві хвороби, смерть.
Як природні, так і штучні іонізуючі випромінюваннч можуть бути електромагнітними (фотонними або квантовими) і корпускулярними. Електромагнітне (фотонне) випромінювання – це гама- та рентгенівське випромінювання. Корпускулярне випромінювання – це альфв- , бета- випромінювання та потік частинок (нейтронів, протонів).
Вплив радіації на різні рівні організмів обумовлений її здатністю проникати в середину опромінюваного об’єкту і ефективно взаємодіяти з його структурами, оскільки, енергія квантів і частинок значно переважає енергію внутрішньомолекулярних зв’язків. За своїми властивостями корпускулярне випромінювання не несе значної небезпеки доти, поки радіоактивні ізотопи, що їх випромінюють, не проникають до організму з водою, повітрям, їжею. До організму вони потрапляють через системи органів травлення, дихання та через шкіру. Перетворившись в інкорпоровані джерела радіації вони стаютьнадзвичайно небезпечними. Поведінка інкорпорованої радіації залежить від її хімічної природи і властивостей.