Миграция радионуклидов

ФГАОУ ВПО Северо – Восточный Федеральный университет им. М.К. Аммосова

Физико – Технический институт

Кафедра основ ядерной физики

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

По дисциплине: «Ядерная физика»

на тему: «Миграция радионуклидов»

 

 

 

 

Выполнил работу: студент 3 курса  РБ – 10

Гаврильев К.В.

                                                              Оценка_______________________________

Работа защищена «___»_____________2012

                                                                Проверила: ассистент КОЯФ ФТИ

Гостюхина В.В.

 

 

 

 

 

 

 

Якутск 2012

Оглавление

Введение 3

Миграция  радионуклидов в атмосфере. 4

Миграция  радионуклидов в гидросфере. 5

Миграция  радионуклидов в наземных биогеоценозах. 8

Миграция  искусственных радионуклидов 11

Заключение. 20

Использованная  литература. 21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В настоящее время, загрязнение биосферы подземными ядерными взрывами, выход определенного количества радионуклидов от предприятий ЯТЦ и других радиационных технологий в окружающую среду, техногенное повышение естественного радиационного фона, биогеохимические процессы миграции естественных и искусственных радионуклидов ведут к изменениям радиоэкологической ситуации не только в отдельных районах, но и на Земле в целом. Непостоянство радиационного фона обусловливает необходимость систематического контроля и гигиенической оценки радиоактивности объектов окружающей среды и организма человека с целью определения лучевых нагрузок и риска возникновения соматико-стохастических и генетических последствий облучения населения. Выявление и решение этих проблем стало актуальным. В связи с вышесказанным были поставлены следующие цели и задачи: 

Цель работы: изучение миграции радионуклидов.

Задачи:

1. найти и изучить литературу о миграции радионуклидов гидросфере
2. найти и изучить литературу о миграции радионуклидов атмосфере
3. найти и изучить литературу о миграции радионуклидов в почве

 

 

 

 

 

 

Миграция радионуклидов  в атмосфере.

В атмосферном воздухе радионуклиды могут присутствовать в виде газа (например, радона) или аэрозолей, при этом последние главным образом и участвуют в процессах миграции.

Поведение радионуклидов в аэрозольной  форме зависит от степени дисперсности частиц, в которых они содержатся, высоты выбросов, метеорологических  условий и других факторов. Крупные  частицы оседают в районе их образования  или выброса, вызывая локальные  загрязнения; более мелкие частицы  могут проникать в верхние  слои тропосферы и даже в стратосферу, широко рассеиваться воздушными потоками и, оседая, приводить к региональным и глобальным загрязнениям территории.

В стратосферу инжектируются мелкодисперсные (1 мкм и менее) частицы в основном при мощных термоядерных взрывах. С  воздушными течениями они переносятся  преимущественно в широтном направлении, многократно опоясывая земной шар  и вызывая глобальные радиоактивные  выпадения. Гравитационное оседание этих частиц крайне замедлено, и поэтому  период полуочищения стратосферы от радионуклидов велик и колеблется от 7 месяцев до 1 года и более. В  верхние слои тропосферы радионуклиды попадают также в основном при  атомных взрывах. Здесь они рассеиваются ветрами и вертикальными смещениями воздушных масс и постепенно выпадают на поверхность земли с атмосферными осадками, в результате гравитационного  оседания, электростатического осаждения  на частицах нерадиоактивной пыли, соприкосновения с почвой, водой, наземными объектами и других процессов, образуя тропосферные радиоактивные  выпадения и приводя к региональным загрязнениям. Период полуочищения тропосферы значительно короче и составляет 20-40 сут. Максимальные загрязнения атмосферного воздуха наблюдаются на широте 25-35°  обоих полушарий, а максимальные выпадения радионуклидов - в средних (40-50°) широтах, причем наибольшие уровни этих выпадений обусловлены атмосферными осадками и приходятся на весенне-летний период.

Выбросы радионуклидов в атмосферу  от радиологических объектов, за исключением  крупных аварийных ситуаций, могут  приводить в основном к локальным  выпадениям и загрязнениям. На степень  рассеяния радионуклидов в выбросах этих объектов, помимо вышеуказанных  факторов, влияют высота вентиляционных труб, сила тяги в них, температура  выбросов, рельеф местности и т.д. Наиболее неблагоприятная обстановка складывается в условиях температурной  инверсии и образования так называемой задымляющей струи, когда зона соприкосновения  факела с поверхностью земли располагается  вблизи трубы и человек может  подвергнуться непосредственному  воздействию радиоактивных выбросов. Радионуклиды, выпавшие из атмосферного воздуха в наземные биогеоценозы и водную среду, включаются в биогеохимические процессы.

Миграция радионуклидов  в гидросфере.

В моря, океаны, пресноводные водоемы  радионуклиды могут поступать непосредственно (например, с удаляемыми отходами), в  результате выпадения из атмосферы, с жидкими и твердыми стоками  с берегов и т.п. Отмечена более  высокая плотность радиоактивных  выпадений на океаническую поверхность, чем на поверхность континентов. Радиоактивное загрязнение гидросферы создает сложные гигиенические  проблемы, связанные с употреблением  водной биопродукции, а также с  использованием водоемов для водоснабжения, орошения, рекреационных и других целей.

Основные направления миграции радионуклидов в водоемах (разбавление, сорбция донными отложениями, накопление гидробионтами, поступление на береговую  территорию) определяются интенсивностью гидрологических, гидрохимических, биологических, метеорологических и других процессов. Разбавление радионуклидов в  водной среде происходит в результате течений, ветровых волнений и диффузии. Разбавлением достигается снижение высоких опасных концентраций радионуклидов в местах сброса, однако широкое рассеяние их ведет к определенному ухудшению радиоэкологической ситуации на значительных пространствах. О подвижности радионуклидов в воде судят по периоду пребывания их в водной фазе - среднему времени нахождения нуклида в воде между поступлением и переходом в донные отложения.

В донные отложения радионуклиды поступают  за счет процессов осаждения, диффузии, ионного обмена, с отмирающими  организмами и т.д. Степень накопления радионуклидов на дне определяют размер частиц грунта, химические свойства воды, отложений и соединений, содержащих радионуклиды, глубины водоема. Так, суглинки обладают большей сорбционной  способностью, чем пески. Стронций-90 сорбируется мало, а прометий-147 - в максимальной степени. С повышением солености воды переход радионуклидов  в грунты уменьшается. На малых глубинах в прибрежных районах радионуклиды быстро выпадают на дно, в то время  как снижения активности воды в открытом океане почти не наблюдается, хотя содержание стронций-90 и цезия-137 в воде открытых океанов ниже, чем в воде закрытых морей. Инертные в химическом отношении  радионуклиды и их соединения не задерживаются  в прибрежных районах и выносятся  в открытый океан.

Оседающие на дно радионуклиды медленно проникают в грунт на различную  глубину в зависимости от степени  его рыхлости: в плотных глинистых  породах - на 15 см, а в песке и  торфе - до 1,5 м. Наряду с сорбцией радионуклидов  в донных отложениях происходят и  обратные процессы их десорбции в  воду. Это взаимосвязанные процессы, динамическое равновесие между которыми наступает при постоянной концентрации радионуклидов в воде, а с уменьшением  концентрации - дно может стать  источником вторичного загрязнения  воды.

Сорбционная способность донных отложений  характеризуется коэффициентами распределения - отношением количества радионуклида в единице массы высушенного образца грунта к количеству радионуклида в единице объема воды. Коэффициенты распределения радионуклидов широко варьируют (1•10²-1•10⁵): для кальция-45 и стронция-90 они минимальны, а для прометия-147 - максимальны. Высокая сорбционная емкость донных отложений может приводить к накоплению радионуклидов на дне и, соответственно, в донных организмах, с которыми вещества могут попадать в организм человека.

Водные растительные и животные организмы играют важную роль в миграции радионуклидов в водной среде  и являются основным звеном пищевой цепи, по которой вещества могут попадать из гидросферы в организм человека. Гидробионты усваивают радионуклиды из воды, донных отложений и других организмов по пищевым цепям. Степень накопления радионуклидов растительными и животными организмами широко колеблется даже у одних и тех же видов в зависимости от минерализации воды, стадии развития гидробионта, химических свойств радионуклида и других экологических условий. Так, содержание стронция-90 и цезия-137 в морских организмах значительно ниже, чем в пресноводных, а травоядные животные по сравнению с хищниками в большей степени усваивают радионуклиды.

Наиболее активно усваиваются  гидробионтами радионуклиды, относящиеся  к структурным элементам (углерод, азот, фосфор, кремний, кальций, стронций), элементам-катализаторам (железо, цинк, марганец, кобальт, никель, хром), легко  гидролизующимся элементам (алюминий, селен, иттрий, церий, рутений), тяжелым  галогенам и тяжелым двухвалентным  ионам. Оценку аккумуляции радионуклидов  гидробионтами проводят по коэффициентам накопления - отношению концентраций радионуклида в гидробионтах и воде. Эти коэффициенты для различных организмов и радионуклидов варьируют очень широко (1•10¹-1•10⁵), причем наибольшие значения их характерны для зоо- и фитопланктона, бентосных организмов.

На береговую полосу из водоемов радионуклиды могут попадать в результате хозяйственной деятельности человека, переноса образующихся над водной поверхностью аэрозолей, затоплений при паводках и приливах, переноса насекомыми, земноводными, птицами и т.п.

Миграция радионуклидов  в наземных биогеоценозах.

Элементы наземных биогеоценозов, как и элементы гидросферы, взаимосвязаны  круговоротом веществ в природе  и, соответственно, цепочками миграции радионуклидов. В почву радионуклиды попадают с выбросами радиоактивных  отходов, атмосферными выпадениями, из растительных и животных организмов и грунтовых вод. Степень сорбции  и подвижность радионуклидов  в почвах определяется агрохимическим составом последних, физико-химическими  свойствами радионуклидов и их соединений, интенсивностью гидрологических, биологических  и других процессов. Высокой сорбционной  способностью обладают глинистые почвы  и чернозем, низкой - пески. Некоторые  радионуклиды включаются в состав малорастворимых  соединений и, таким образом, переходят  в необменную форму, могут выключаться  из круговорота веществ. Большая  часть радионуклидов, попавших на почву, прочно фиксируется ее поверхностными слоями. Так, до 80% выпавших стронция-90 и цезия-137 удерживается верхним 5-см слоем почвы. Миграция радионуклидов  вглубь почвы обусловлена процессами их вымывания дождевыми водами. В  почвах и грунтах при участии  подземных вод происходят разнонаправленные  процессы сорбции и десорбции  радионуклидов.

В растения радионуклиды попадают с  их поверхности (при выпадении радиоактивных  осадков) и в результате усвоения из почвы. На поверхности растений хорошо задерживаются частицы размером менее 50 мкм. Эффективность этого  процесса оценивают по коэффициенту задержки - процентному отношению количества сорбированных на поверхности растения радионуклидов к количеству осевших. Этот коэффициент для травы составляет в среднем 25%. Осевшие на поверхности растения радионуклиды могут смываться дождем, сдуваться ветром или поступать во внутренние части растения и усваиваться.

Усвоение радионуклидов растениями из почвы зависит от их подвижности  в земле, биологических особенностей растений и свойств соединений радионуклидов, при этом различия в усвоении (коэффициенты перехода) могут достигать 10³-10⁶. Искусственные радионуклиды, как правило, находятся в соединениях, более доступных для усвоения растениями. Однако, с течением времени они с различной скоростью переходят в трудно растворимые формы. Так, цезий-137 в почвах довольно быстро переходит в труднодоступную форму, тогда как стронций-90 может длительно (многие годы) оставаться в обменной форме. В связи с этим радиостронций хорошо усваивается растениями, причем его накопление в них обратно пропорционально количеству обменного кальция в почве. Поэтому содержание его иногда выражают в так называемых стронциевых единицах (1 с. е. = 1 пКи стронция-90 на 1 г кальция).

В подвижной форме цезий-137 также  хорошо усваивается растениями. Его  накопление связано с наличием в  почвах обменного калия, поэтому  его содержание выражают в цезиевых единицах (1 ц.е.= 1 пКи цезия-137 на 1 г  калия). Соотношение стронция-90 и  цезия-137 в растениях определяется видом последних и типом почв. Так, в бобовые стронция поступает  в 10 раз больше, чем цезия, однако на торфяниках это соотношение резко  меняется в пользу цезия. Содержание радиоактивных изотопов йода в растениях  определяется их внекорневым поступлением.

С поедаемыми растениями радионуклиды поступают в организм животных, где  их поведение определяется участием в биохимических процессах. Радиоактивность  органов и тканей при разовом  поступлении радионуклидов в  организм быстро нарастает и так  же быстро снижается. Это характерно для аварийных ситуаций. При длительном поступлении содержание радионуклидов в органах и тканях определяется сложным комплексом процессов их резорбции и выведения. Например, выведение стронция-90, иода-131 с одним литром молока составляет 0,3 – 1,0% суточного поступления, тогда как для кобальта-60, рутения-106 и церия-144 эта величина равняется всего лишь тысячным и даже меньшим долям процента.