Вивчення радіоактивного стану довкілля Ізяслава
Цивілізація досягла такого рівня розвитку, при якому її подальше існування практично не можливе без споживання великої кількості енергії. Прикро, та все-таки доводиться констатувати, що запаси традиційних її джерел, як-от: вугілля, нафти чи газу дуже швидко вичерпуються. До того ж їх використання супроводжується колосальними викидами в атмосферу шкідливих для довкілля речовин. Відомі ж на сьогодні альтернативні джерела, на превеликий жаль, не покривають всіх енергетичних потреб людства та й навряд чи зможуть це зробити в найближчі 50 років. Зменшити ж ці потреби - означає відмовитись від НТП. Із обставин, які склались, лишається один вихід - розвивати атомну енергетику. Вже зараз в енергобалансі багатьох країн світу вона займає провідне місце. Але робота АЕС, як і всього ядерно-паливного циклу, пов’язана з використанням радіоактивних речовин, які можуть нанести шкоду людині та довкіллю.
Мета даної наукової роботи полягає в тому, щоб з’ясувати наскільки шкідливою є робота АЕС в штатному режимі; порівняти ризики, пов’язані з використанням атомної енергетики, з іншими ризиками, причиною яких є людська діяльність; дослідити радіоактивний фон околиць Ізяслава, визначити його складові; виявити можливі відхилення рівня радіоактивного забруднення від природного фонового значення, причиною яких може бути робота Хмельницької АЕС.
Що таке радіація
або іонізуюче випромінювання?
Радіоактивність (від латинського radio - випромінюю та activus - дієвий), здатність деяких атомних ядер самодовільно (спонтанно) перетворюватись в інші ядра з викидом частинки. До радіоактивних перетворювань відносяться: альфа-розпад, всі види бета-розпаду (з викидом електрона, позитрона або з захватом орбітального електрона), спонтанне ділення ядер, протонна, двопротонна і двонейтронна радіоактивність та інші види розпадів.
Субатомні частинки, які вилітають із збудженого атомного ядра при його розпаді, і забирають з собою зайву енергію, називаються радіацією. Із відомих 1300 різновидностей ядер більше 1000 є радіоактивними. Ядро окремого радіоактивного ізотопу при розпаді викидає тільки певні частинки. Тому кажуть, що якийсь певний ізотоп є альфа-випромінювачем, якийсь - бета-випромінювачем, а якийсь - гамма-випромінювачем і т.д. Більшість відомих радіоактивних речовин є джерелом бета- та гамма-випромінювання.
Радіація за своєю природою уподібнюється світлу. Світло виникає при наявності його джерела. Щоб виникла радіація, теж потрібне джерело - радіоактивна речовина. Радіацію, як і світло, не можна перенести з місця на місце, не переміщуючи саме джерело. Так само, як і світло, радіація слабшає з віддаленням від джерела. І світло, і радіацію не можливо накопичувати, складувати, з’їсти чи забруднитися нею.
А от радіоактивні речовини можуть переноситись вітром, накопичуватися в ґрунті, рослинах, воді. Їх можна вдихнути або вжити з їжею. Останнє особливо небезпечне, адже між ними і живим організмом вже відсутній будь-який бар’єр.
Отже, радіація або іонізуюче випромінювання є не що інше, як потік субатомних частинок (ядер атома гелію, електронів, протонів, нейтронів, електромагнітних квантів та інших), які вилітають із збудженого атомного ядра при його намаганні перейти в більш стабільний стан. Радіація існує тільки там, де є її джерело - радіоактивна речовина.
Радіоактивність не була створена руками вчених, а була лиш ними відкрита. Радіація була на Землі ще з моменту її утворення, є зараз і буде, коли згасне Сонце. В умовах існування радіації, та в деякій мірі завдячуючи їй, виникло життя на Землі і пройшло шлях еволюції до свого нинішнього стану.
В більшості місць на Землі значна частина радіації утворюється гамма-випромінюванням природних радіоактивних ізотопів земної кори - урану, торію, калію, радону та інших. Потужність дози опромінення залежить від типу порід земної кори в даній місцевості. Найбільшу радіоактивність мають гранітні породи, в кожній тонні якого міститься 25 г урану. Однак є місця на Землі з суттєво більш високим рівнем гамма-випромінювання. Це місця, в яких знаходяться значні поклади урану і торію.
Другим джерелом радіації є космічне випромінювання. У поверхні Землі вторинне космічне випромінювання складається з потоку гамма-квантів і швидких заряджених частинок - електронів та мюонів, які виникають в атмосфері під дією первинного космічного випромінювання, яке в основному є потоком швидких протонів, що приходять із космосу.
Третім джерелом радіації на Землі є наслідки людської діяльності та створені нею прилади. Насамперед до них відносяться рентгенівські діагностичні та терапевтичні установки, різні засоби автоматичного контролю і управління, які використовують радіоактивні ізотопи, ядерні енергетичні та дослідницькі реактори, прискорювачі заряджених частинок і різні високовольтні електровакуумні прилади, відходи теплових і атомних електростанцій, продукти ядерних вибухів і аварій на ядерних реакторах. Останні в основному ”збагачують” навколишнє середовище ізотопами йоду-131, стронцію-90 та цезію-137.
Отже, існують:
- природні джерела радіації, активність яких не залежить від людини і практично не змінюється з часом для певної місцевості. Природний радіаційний фон визначається тільки глобальними процесами в корі Землі та в Космосі;
- джерела радіації пов’язані з діяльністю людини. Саме завдяки їм відбувається постійне підвищення радіаційного фону.
Шкідливого впливу на живі організми малих доз радіації не виявлено. Навпаки, не було б радіації, то не було б і людини, адже вона як вид з’явилась на Землі в результаті еволюції живої природи. Необхідною умовою еволюції є природній відбір, який не можливий без мінливості і мутацій. Радіація ж є одним із природних мутагенних факторів.
Досліди з рослинами показали, що якщо їх повністю ізолювати від впливу радіоактивного випромінювання, то їх розвиток уповільнюється. Схожі результати отримані і в дослідах на тваринах.
Нешкідливість фонових доз радіації підтверджується медичною статистикою, яка ведеться в радонових водно-грязьових санаторіях, а також умовами життя старожилів у гірських районах Кавказу. Природний фон на курорті Гуарапари, що в Бразилії, становить близько 200 мкР/год. Річна доза при такому фоні складає 17,5 мЗв, що більш як в 10 раз перевищує дозу природного фону в Україні.
Відповідно до Норм радіаційної безпеки України (НРБУ-97) гранично допустима доза опромінення для людей, професійно пов’язаних з використанням джерел радіації, становить 20 мЗв в рік за будь-які послідовні 5 років, але не більше 50 мЗв в рік. Така норма встановлена на тій підставі, що в деяких регіонах Землі таку дозу складає природній радіаційний фон і ніяких негативних наслідків таких доз для людини не виявлено.
За все життя людини (приблизно 70 років) допустима доза опромінення для населення складає приблизно 0,07 Зв.
Еквівалентна доза опромінення 1 Зв в середньому приводить до 2 випадків лейкозу, 10 випадків раку щитовидної залози і раку молочних залоз у жінок, 5 випадків раку легенів на 1000 опромінених.
Отже, із вищесказаного випливає:
- фонові дози радіації не тільки не зашкоджують, а навіть стимулюють нормальне функціонування живих організмів;
- підвищені дози радіоактивного випромінювання можуть призвести до важких захворювань;
- великі дози радіації, як правило, призводять до летальних наслідків.
Шляхи потрапляння радіації в організм людини
Основну частину опромінення людина отримує від природних джерел радіації. Вони можуть знаходитись як поза, так і всередині організму людини. В середину організму радіоактивні речовини потрапляють разом з продуктами харчування, водою, яку вона п’є, та повітрям, яким вона дихає. Доза опромінення залежить не тільки від місця проживання людини, а й від способу її життя. Використання деяких будівельних матеріалів та газу для приготування їжі, відкритих вугільних печей, герметичність приміщення і навіть польоти на літаках збільшує рівень опромінення.
В середньому людина отримує 180 мкЗв в рік за рахунок калію-40. Він засвоюється організмом разом із його стабільними ізотопами з таких продуктів харчування як хліб (особливо житній), ізюм, курага та інші. В 1 кг пшеничного хліба за хвилину відбувається до 3000 розпадів калію-40. Радіоактивний вуглець-14 засвоюється рослинами з вуглекислим газом, а потім з рослинною та тваринною їжею потрапляє в наш організм. 1 грам вуглецю біологічного походження спричиняє біля 15 розпадів за хвилину.
Разом з рибою та молюсками в організм людини потрапляють ізотопи полонію-210 та свинцю-210. Ще більше їх людина поглинає в процесі активного або пасивного куріння.
Та найбільш значимий вклад в дозу внутрішнього опромінення вносить інертний газ радон та продукти його розпаду, які потрапляють в організм при диханні. Радон постійно утворюється в землі як продукт альфа-розпаду радію. Будучи інертним, він не затримується в землі, а піднімається на поверхню, накопичуючись в закритих, з поганою вентиляцією, приміщеннях, особливо підвальних. В непровітреному приміщенні активність радону 50 Бк/м3, що в 25 раз перевищує його активність за межами будинку. На радон припадає майже половина річної дози фонового опромінення.
Для порівняння наведемо такі цифри:
- 0,001 мЗв - 3-х годинний перегляд телевізора кожного дня протягом року;
- 0,005 мЗв - річна доза за рахунок роботи АЕС і ядерно-паливного циклу;
- 1,5 - 2 мЗв - річна доза за рахунок природного радіаційного фону;
- 3,7 мЗв - середня доза опромінення при флюорографії;
- 30 мЗв - однократне опромінення при рентгенографії зубів;
- 300 мЗв - однократне опромінення при рентгеноскопії шлунка.
Отже, людський організм може бути опромінений зовні, від джерел радіації, що знаходяться в навколишньому середовищі та із середини, від радіоактивних речовин, що потрапили в нього з повітрям та продуктами харчування.
Співвідношення ризиків, пов’язаних з використанням атомної енергії, з ризиками в інших областях людської діяльності
Ризик - це ймовірність настання негативних наслідків під впливом фактору потенційної загрози або сукупності таких факторів. Ризики бувають статистичні й оціночні.
Ризики для населення від діяльності АЕС та всього ядерно-паливного циклу якраз і відносяться до категорії оціночних. Оціночні ризики дещо більші від статистичних. Так, наприклад, за статистикою ризик від інтенсивного паління (більше 20 цигарок за добу) рівний приблизно 10-4. Це означає, що із 10000 курців тільки внаслідок паління за рік помре один. Оціночний ризик для даної категорії людей ще більш невтішний - 5х10-3, тобто від паління за рік має померти п’ять із 1000 курців.
Але і в цьому випадку ризики для населення від використання атомної енергетики достатньо низькі:
- 1х10-6 поблизу підприємств ядерно-паливного циклу;
- 3х10-6 поблизу АЕС;
- 3х10-5 поблизу ТЕС аналогічної потужності.
Сумарний ризик загинути від природних катаклізмів (землетрусів, повені, урагану, цунамі, грози і т. д.) складає 10-5. Іншими словами одна людина із 100 тис. щорічно гине внаслідок впливу природного середовища. Ризик загибелі в ДТП ще вищий - 3х10-4.
Цікаво відзначити, що ризик від викурювання однієї цигарки або 100 км поїздки на автомобілі рівносильний трирічному проживанню поблизу АЕС.
За дорученням МАГАТЕ експерти різних країн оцінили ступені ризику при різних способах виробництва електроенергії. За одиницю ступеня ризику було прийнято загибель одного працівника протягом 30 років внаслідок нещасного випадку. В результаті проведених досліджень були отримані такі результати. При виробництві електроенергії для забезпечення 1 млн. людей протягом року ступінь ризику складає:
- для атомних електростанцій - 1,5 одиниць;
- для гідроелектростанцій - 5 одиниць;
- для сонячних електростанцій - 60 одиниць;
- для теплоелектростанцій на вугіллі - 250 одиниць.
Та часто людина свідомо створює собі небезпеку куди більшу, ніж та, на яку нас прирікає природа та суспільство.
Вимірювання радіоактивного фону довкілля Ізяслава
Аби з’ясувати вплив роботи Хмельницької АЕС на рівень радіоактивного забруднення Ізяславського району, ми дослідили радіоактивний фон околиць Ізяслава в період з 01.03. по 30.09. 2011 р. Окрім цього, протягом окресленого періоду, здійснювались заміри радіаційного фону в таких населених пунктах: Півнева Гора, Білотин, Комини, Радошівка, Поліське, Зубарі, Христівка.
Дослідження проводились за допомогою дозиметра ”Прип’ять”. Сам іонізуючий детектор, після подачі живлення, працює в безперервному режимі, але на дисплей виводиться середня величина за 10 с або 20 с в залежності від режиму роботи дозиметра. За бажанням інформація одночасно подається на динамік та озвучується.
Вимірювання проводились за таким алгоритмом. Щоденно, приблизно, о 17.00 дозиметр вмикався. 5-10 хв відводилось для того, щоб структурні елементи приладу гарантовано увійшли в стабільний режим роботи, хоч напівпровідниковим приладам для цього достатньо декількох секунд. Після цього через кожні 2 хв поспіль записувались п’ять значень потужності дози іонізуючого випромінювання Н. Обробка експериментальних даних методами математичної статистики дозволяла звести до мінімуму вплив випадкової похибки на результати досліджень. Середнє значення потужності дози Нс та її середньоквадратична похибка визначалась відповідно за формулами:
та
Якщо середньоквадратична похибка перевищувала 25%, то результати вимірювань вважались недостовірними і їх доводилось повторювати.
Отримані в ході такого дослідження результати представлені у вигляді таблиць. Аналізуючи їх, ми не виявили якихось значних відхилень рівня радіоактивного випромінювання від фонових значень, які встановились в даній місцевості після аварії на ЧАЕС. Якщо такі відхилення і є, то їх величина не перевищує похибки вимірювання. Порівнюючи результати наших досліджень з даними служби зовнішнього радіаційного контролю Хмельницької АЕС (приблизно 0,11 мкЗв/год), можна відзначити їх повну кореляцію.
Отже, на підставі результатів проведених досліджень ми можемо стверджувати, що за звітний період в межах території, яка досліджувалась, робота Хмельницької АЕС в штатному режимі не вплинула на рівень радіоактивного фону.
Висновки
Радіація не придумана людиною. Вона завжди існувала, існує і буде існувати, як на Землі так і у всьому Всесвіті.
Шкідливою є не сама радіація, а її надмірні дози. В цьому відношенні вона не є більш небезпечною за будь-які отруйні речовини чи навіть лікарські препарати.
Поглинуті пересічною людиною дози радіації більш, як на 98% обумовлені природним радіаційним фоном та використанням медичної діагностичної апаратури.
Ризики, пов’язані з використанням радіоактивних речовин, менші від ризиків, що пов’язані з природними катаклізмами (землетрусами, цунамі, виверженням вулканів, повенями, буревіями і т. д.). Та набагато менші від ризиків, що пов’язані з іншими видами людської діяльності (використання всіх видів транспорту, вугледобування, монтажні роботи, паління, вживання алкоголю та наркотиків і т. д.).
Результати наших експериментальних досліджень свідчать про те, що робота Хмельницької АЕС в штатному режимі за звітний період не вплинула на рівень радіоактивного фону в Ізяславському районі. Якщо ж такий вплив і мав місце, то його величина суттєво менша від похибки вимірювання.
Віталій Онищук,
учень 10-Б класу Ізяславського НВК
”ЗОШ ІІ-ІІІ ст. №5 ім.О.П.Онищука, гімназія”