Реферат: Исследование аспектов применения атомной энергии для решения проблем энергоснабжения районов Крайнего Севера
— энергетические ядерные установки, в числе которых — Кольская и Билибинская атомные станции;
— добыча и переработка естественно-радиоактивного сырья (лопарит, беделлит, перовскит);
— РИТЭГи (радиоизотопные термоэнерго-генераторы). Вышедшие из строя установки представляют опасность аварийного радиоактивного облучения не только человека и животных, а и наземных и морских участков территории. И вопреки Европейским закону России о радиационной безопасности доступ посторонних лиц ко многим РИТЭГам не ограничен.
Мурманская область по количеству ядерных реакторов на душу населения превосходит все другие области и страны. Здесь широко распространены объекты, применяющие различные ядерные технологии. На 58 предприятиях и учреждениях области используются различные радиоизотопные приборы технологического контроля. В Мурманске на РТП «Атомфлот» базируются 9 судов с 13-ю водо-водяными реакторами под давлением.
3.2. Круговорот химических соединений в экосистемах
Все перечисленные предприятия приводят к появлению в окружающей среде техногенных радионуклидов, влияние которых на здоровье человека изучено слабо. Но влиянием этих выбросов на среду не следует пренебрегать. В первую очередь оно будет пагубно сказываться на уникальной флоре и фауне северных побережий и морей.
Очень важно, что имеет место миграция радионуклидов по экологическим цепям. За время долгой арктической зимы (снежный покров более 9 месяцев) газо-аэрозольные выбросы будут частично осаждаться на снег. Во время же бурной арктической весны все накопленные зимой в снежном покрове радионуклиды превратятся в залповый сброс радиоактивности. Каков путь этих радиоактивных потоков в арктической экосистеме?
Радионуклиды, выпадающие из атмосферы, постепенно накапливаются в почвенно-растительном покрове. В ходе накопления нуклидов происходит их радиоактивный распад, миграция в глубь почвы и частичный смыв поверхностными водами в реки, озера и моря. Достаточно мощным является загрязнение радионуклидами морей при различного рода захоронениях РАО (радиоактивных отходов). Многие морские организмы способны накапливать в себе радиоактивные вещества, даже если они находятся в очень низкой концентрации. Следует заметить, что некоторые радионуклиды свинца-210 и полония-210, поступают в организм с пищей. Они концентрируются в рыбе и моллюсках, поэтому люди, потребляющие много рыбы и других морепродуктов, могут получить относительно высокие дозы внутреннего облучения.
Даже незначительные, на первый взгляд, количества долгоживущих радионуклидов, благодаря высокой степени накопления и концентрации, с одной стороны, и суммирования эффекта действия в череде поколений, с другой стороны, способны привести к негативным результатам.
Известно, что арктические народы из-за этого получали значительные дозы внутреннего облучения через цепочку ягель-олень-человек. Это в первую очередь объясняется концентрацией радиоактивных веществ в данной трофической цепи и тяжело протекающим выводом радиоактивного стронция из костной ткани организма человека.
Однако, по мере более полного изучения указанных процессов люди научились контролировать их и не допускать наступления неблагоприятных последствий использования ядерного топлива.
3.3. Биологическое воздействие излучения
В последние годы заметно увеличилось внимание к вопросам безопасности и воздействия на окружающую среду ядерных реакторов. В странах запада строительство ведется в условиях жесткого контроля уполномоченных органов и общественности. Это связано с различными аспектами ядерной энергетики, в том числе такими, как возможность распространения ядерного оружия. Однако, основная полемика сосредоточена вокруг потенциально возможного воздействия ионизирующего излучения на население, не только в результате аварий, но даже и при нормальной работе реакторов, поскольку практически невозможно полностью остановить утечки радиоактивности в окружающую среду.
Для того чтобы оценить потенциальную опасность, связанную с утечкой радиоактивности, прежде всего, необходимо рассмотреть влияние ионизирующего излучения на организм человека и других высших млекопитающихживотных, вред которым в рассматриваемой уникальной среде Крайнего Севера будет непоправимым.
Воздействие ионизирующего излучения на живые организмы связано с повреждениями образующих клетки молекул вследствие воздействия на них потоков заряженных частиц. Эти повреждения классифицируются как соматические и генетические . Соматические повреждения – это повреждения, возникающие непосредственно в облученном организме, а генетические повреждения затрагивают половые клетки (гаметы) и поэтому могут влиять на будущие поколения.
Чтобы понять механизм воздействия ионизирующего излучения на живой организм, необходимо рассмотреть структуру и функции клетки. Почти все клетки состоят из ядра, окруженного ядерной оболочкой , которая отделяет его от цитоплазмы. Цитоплазма окружена клеточной мембраной , формирующей внешнюю границу клетки. Цитоплазма и содержащиеся внутри нее органоиды , ответственны за обмен веществ в клетке, то есть образование белков и удаление продуктов распада.
Ядро ответственно за управление метаболической активностью клетки, которое осуществляется хромосомами – нитевидными образованьями, состоящими из дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), то есть из цепочки генов.
Передача энергии клеточному веществу происходит в результате ряда последовательных взаимодействий излучения с отдельными молекулами. Т.е. взаимодействия заряженных частиц с молекулами биологической ткани, в которую они глубоко проникают. Глубина эта зависит от типа заряженной частицы. Альфа частицы поражают внешние слои, бета-излучение – проникает глубже, а гамма частицы проникают на достаточную глубину ткани, чтобы поразить жизненно-важные органы. Таким образом, в сумме пораженными оказываются не только внешние слои ткани, но и достаточно толстый слой клеток. При этом энергия, передаваемая молекулам при каждом взаимодействии, относительно велика. А поскольку результат воздействия ионизирующего излучения напрямую зависит от поглощенной единицей массы облученной ткани (так называемая поглощенная доза излучения), то и относительно небольшое количество энергии, проникшее в тело в форме такого излучения, может вызвать значительное повреждение клеток.
(слайд 9)
Биологические воздействия ионизирующего излучения можно разделить на прямые и косвенные. При прямом воздействии прохождение заряженной частицы вызывает разрыв химических связей в биологически важной молекуле, такой как белок или нуклеиновая кислота. При этом нормальное функционирование молекулы может нарушаться. Косвенное воздействие связано с разрушением более простых молекул, например воды. Что приводит к появлению химически активных ионов. При этом речь идет не только о том, что при дальнейшей миграции этих ионов в клетке могут быть задеты более сложные элементы, но в результате их рекомбинации могут образовываться химические яды, перекись водорода к примеру.
При облучении клетки наиболее чувствительны к радиационным повреждениям макромолекул ДНК. Эти молекулы состоят из генов и образуют хромосомы, управляющие всей деятельностью клеткам. Выражается эта чувствительность в том, что значительно ускоряется, по сравнению с естественными темпами, процесс мутаций. Мутации – это «запрещенные» соединения, возникающие в молекуле ДНК при делении клетки (при этом процессе происходит разделение молекул носящих наследственную информацию на две новых клетки, и этот процесс требует однозначности связей между азотистыми соединениями). Такие мутации, естественно, неблагоприятны, поскольку могут произойти в гене, управляющем выработкой какого-либо жизненно необходимого фермента. В таких условиях поврежденная клетка оказывается не жизнеспособной и быстро умирает, потому в случае, если доза облучения была высока, то количество погибших клеток настолько возрастет, что это приведет к образованию опасных и обширных повреждений органов тела.
Но это не единственная опасность. Даже если доза излучения не была достаточно высока, чтобы привести к смерти из-за обширного повреждения клеток, определенное запаздывающее воздействие все же может проявиться в течение жизни облученного организма. Как первоочередные можно выделить уменьшение продолжительности жизни и увеличение вероятности раковых заболеваний. Последний эффект, если он возникает, проявляется только после латентного периода, который может длиться годами. Особая опасность подобного проявления в том, что истинный механизм канцерогенного воздействия излучения до сих пор не ясен. Он может быть обусловлен мутациями внутриклеточных вирусов и эти мутации могут передаваться многие поколения вирусов, до появления в организме клинических наблюдаемых изменений (рост раковых клеток).
Помимо вреда, который приносит облучение непосредственно подвергшемуся организму, существуют последствия которые отражаются и на последующих поколениях. Повреждение зародышевых клеток, которые дают начало гаметам, может привести при оплодотворении к образованию мутантной зиготы. Во многих случаях эти мутации будут летальны и приведут к немедленной гибели зиготы. В других случаях мутант может выжить в течение эмбрионального периода, но при этом у него могут развиться физические недостатки, такие как альбинизм к примеру. Почти все мутации вредоносны и приводят к уменьшению продолжительности жизни организма. В конечном счете мутанты погибают в ходе естественного отбора.
3.4. Результаты медицинских исследований
Нельзя отрицать губительность чрезмерного излучения на человека, однако, в некоторой степени опасность излучения реакторов преувеличена. В качестве иллюстрирующего примера можно привести результаты медицинских наблюдений за членами экипажей атомных ледоколов, обслуживающих судов и персонала базы Атомфлота, наиболее соприкасающихся с судовой энергетикой. За 40 лет проведение обследований был произведен осмотр более 9000 человек, в том числе с углубленными клиническими исследованиями более 1000 человек. Более высокая заболеваемость наблюдалась у судоводителей, испытывающих сильное нервно-психическое напряжение. У персонала, обслуживающего непосредственно ЯЭУ и подвергающегося в большей мере воздействию имеющегося излучения, заболеваемость значительно ниже.
3.5. Соответствие выбросов АЭС естественному фону
При нормальной эксплуатации АЭС для населения проектировщики устанавливают дозовые пределы «в пределах естественного фона». Поэтому радиационное воздействие ПАЭС на население и окружающую среду в этом случае не должно, как утверждают проектировщики, вносить заметного вклада в естественный радиационный фон. Специалисты утверждают, что при сравнении уровня радиационных доз от атомных энергетических реакторов (наземных и морских) с дозами от природного естественного фона они ничтожно малы и дают вклад менее 1 %. Приводятся следующие расчеты.
В силу того, что радиоактивные элементы входят в состав почвы, минералов, морской воды, атмосферы с учетов неравномерности их распределения по территории Земли и значительности колебаний естественного фона в одном и том же месте (в 2 раза и более) – общее количество радионуклидов на поверхности земли и в воде океанов – многие миллиарды кюри.
В среднем доза облучения человека естественными источниками составляет 2,4 мЗв/год. К этому надо добавить вклад медицинских процедур, дающих увеличение дозы еще на 30%. Выходит, что строительство реакторов, разумеется не пренебрегающее безопасностью, менее опасно для населения, чем врачебные обследования.
3.6. Химические загрязнения и их возможные последствия
Однако, даже самим проектом определяется некоторая «дырявость» защитной оболочки, за счет того, что ее герметичность достигается на уровне, обеспечивающем скорость утечки радиоактивной среды из защитной оболочки в среду (т.е. за пределы борта ПАЭС) порядка 1% от ее объема. Это обеспечит выход радиоактивности в природную среду при авариях, связанных с разуплотнением первого контура. А в случае утечек воды из первого контура могут привести к тому, что регион станции будет загрязнен не только стронцием-90 и цезием-137, но и тритиевой водой, которая по своим свойствам близка к обычной воде, легко включается в биогеохимические циклы и влияет негативно на биосферу.
Одним из важнейших аспектов создания ПАЭС является рассмотрение последствий её эксплуатации и возможных аварий для окружающей среды.
В первую очередь, это возможные последствия выброса так называемых «инертных» радиоактивных газов (ИРГ). В условиях Арктики возможно влияние этих ИРГ на электропроводность атмосферы. Например, далеко не ясны последствия выброса такого обычного ИРГ, как криптон-85. Криптон-85, выбрасываемый АЭС, резко увеличивает электропроводность атмосферы. Последствия таких выбросов непредсказуемы. Можно ли гарантировать, что они не нарушат хрупкий радиационный баланс? Арктические магнитосферные бури, связанные с возмущениями ионосферы, внешне выражаются в виде известных полярных сияний. Не окажутся ли выбросы ИРГ от плавучих АЭС в Арктике той последней каплей, за которой последуют необратимые изменения в «мировой кухне погоды», которой называют Арктику? В Арктике достаточно малейшего возмущения ионосферы, чтобы изменились ее параметры. Эти могут сказаться на климатических особенностях не только Арктики, но отдаленных от нее регионов планеты.
Так к примеру специалисты по физике атмосферы предупреждают об опасности, связанной с особенностями циркуляций воздушных арктических масс в Северном полушарии. Известно, что существуют регулярные прорывы холодных воздушных масс из Арктики на тысячи километров южнее побережья Северного океана (в Северной Евразии — минимум до 50° с.ш.). Это известная метеорологам закономерность, называемая широтной циркуляцией. Значение такой широтной циркуляции в связи с антропогенными изменениями климата резко нарастает. В результате загрязнения из Арктики могут переноситься в низкие широты. Но эти проблемы находятся в стадии изучения.