Вплив радіоактивного забруднення на флору

ВСТУП

РОЗДІЛ 1 ПОНЯТТЯ ПРО РАДІОАКТИВНЕ ЗАБРУДНЕННЯ

1.1 Одиниці вимірювання доз радіації

1.2 Природні джерела радіоактивного випромінювання

РОЗДІЛ 2 РАДІОАКТИВНЕ ЗАБРУДНЕННЯ

2.1 Забруднення ґрунтів

2.2 Зона відчуження Чорнобильської АЕС та діючі АЕС - джерела радіонуклідного забруднення

РОЗДІЛ 3 РАДІОАКТИВНЕ ЗАБРУДНЕННЯ РОСЛИН

3.1 Надходження РН у рослини залежно від їхніх фізико-хімічних властивостей

3.2 Надходження РН у рослини з різних типів ґрунтів

3.3 Надходження РН у рослини залежно від їхніх біологічних особливостей

РОЗДІЛ 4 ВПЛИВ РАДІОНУКЛІДІВ НА РОСЛИНИ

4.1 Радіорезистентність вищих рослин

4.2 Чутливість рослин до хронічного опромінювання

4.3 Вплив радіонуклідів на популяції рослин

4.4 Генетичні наслідки опромінення рослин

4.5 Радіоекологія горілого лісу

РОЗДІЛ 5 АНАЛІЗ РАДІОАКТИВНОГО ЗАБРУДНЕННЯ ҐРУНТІВ ТА РОСЛИННОЇ ПРОДУКЦІЇ ЧЕРНІГІВСЬКОЇ ОБЛАСТІ

ВИСНОВОК

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

Актуальність. На сучасному етапі розвитку нашого суспільства, при створенні та використанні новітніх технологій людина створює реальні небезпечні ситуації, що спричинені аваріями. Використання радіоактивного палива та недбале ставлення до техніки безпеки роботи з радіоактивними речовинами створює передумови виникнення аварій на АЕС.

Радіація значно відрізняється від інших видів забруднення навколишнього середовища, і ця відмінність виявилася життєво важливою.

По-перше, до багатьох забруднювачів біологічні системи адаптуються, і їх дія послаблюється. По-друге, відмінність радіоактивних речовин (РР) від отруйних хімічних речовин полягає в можливості їх впливу внаслідок іонізуючого випромінювання (IB) не тільки всередині організму, але й дистанційно (на відстані), а також в неможливості припинення цього випромінювання при будь-яких хімічних реакціях PP. По-третє - у тривалості дії РР і накопиченні дози опромінення протягом певного часу.

Досить небезпечним радіонукліди є для рослинної продукції, в яку вони потрапляють переважно із забруднених ґрунтів.

Мета роботи – проаналізувати вплив радіоактивного забруднення на флору.

Завдання роботи:

1) дати поняття про радіоактивне забруднення та одиниці вимірювання;

2) проаналізувати стан радіоактивного забруднення ґрунтів;

3) охарактеризувати особливості надходження радіонуклідів у рослини;

4) проаналізувати вплив радіонуклідів на рослини;

5) проаналізувати забруднення радіонуклідами ґрунтів та рослинної продукції Чернігівської області за 1998 – 2006 рр..

Практичне значення роботи. В умовах широкого застосування ядерної енергії перед фахівцями всіх категорій і рангів стоїть завдання серйозної підготовки в галузі радіаційної безпеки, вивчення критеріїв оцінки радіоактивного випромінювання як шкідливого фактору впливу на людей і об'єкти навколишнього середовища, в одержанні потрібних знань з радіоекології, які дозволять у практичній діяльності організувати роботу й керувати підлеглими так, щоб гарантувати безпеку, зберегти здоров'я і працездатність людини в умовах радіоактивного забруднення навколишнього середовища, сировини і продуктів харчування.

1.1 Одиниці вимірювання доз радіації

Серед різноманітних видів іонізуючих випромінювань надзвичайно важливими при вивченні питання небезпеки для здоров'я і життя людини є випромінювання, що виникають в результаті розпаду ядер радіоактивних елементів, тобто радіоактивне випромінювання .

Однією з основних характеристик джерела радіоактивного випромінювання є його активність, що виражається числом радіоактивних перетворень за одиницю часу.

Активність А радіонукліда у джерелі - міра радіоактивності, яка дорівнює співвідношенню числа самовиникаючих ядерних перетворень у цьому джерелі за невеликий інтервал часу до цього інтервалу часу.

Одиниця активності - кюрі (Кі), 1 Кі = 3,7*10¹⁰ ядерних перетворень за 1 секунду. В системі СІ одиниця активності - бекерель (Бк). 1 Бк дорівнює 1 ядерному перетворенню за 1 секунду або 0,027 нКі.

Кількість такої енергії, переданої організму, або поглинутої ним, називається дозою. Розрізняють експозиційну, поглинуту та еквівалентну дозу іонізуючого випромінювання.

Ступінь іонізації повітря оцінюється за експозиційною дозою рентгенівського або гамма-випромінювання.

Експозиційною дозою називається повний заряд іонів одного знака, що виникають у малому об'ємі повітря при повному гальмуванні всіх вторинних електронів, котрі були утворені фотонами до маси повітря в цьому об'ємі.

Одиницею вимірювання експозиційної дози є кулон на 1 кг (Кл/кг). Позасистемна одиниця - рентген (Р); 1 Р = 2,58*10^-4 Кл/кг.

Експозиційна доза характеризує потенційні можливості іонізуючого випромінювання.

Поглинута доза випромінювання (Д) - це фізична величина, яка дорівнює співвідношенню середньої енергії, переданої при випромінюванні речовині, в деякому елементарному об'ємі до маси речовини в ньому.

Одиниця вимірювання поглинутої зони - грей (Гр.); 1 Гр = 1 Дж/кг.

Застосовується також позасистемна одиниця - рад. 1 рад = 0,01 Гр.

Для оцінки можливої шкоди здоров'ю людини від дії радіоактивного випромінювання довільного складу введено поняття еквівалентна доза.

Еквівалентна доза (Н) - основна дозиметрична величина в зоні радіаційної безпеки. Еквівалентна доза дорівнює добутку поглиненої дози Д на середній коефіцієнт якості іонізуючого випромінювання у даному елементі об'єму біологічної тканини.

Одиниця еквівалентної дози - бер. 1 бер = 0,01 Дж/кг. У системі СІ одиниця еквівалентної дози - зіверт (Зв), 1 Зв = 100 бер. Для γ і β випромінювань 1 Зв = 1 Гр = 100 бер.

1.2 Природні джерела радіоактивного випромінювання

Опромінення від природних джерел переважає багато інших джерел і є істотним фактором еволюції живих організмів у біосфері.

До природних джерел IB належать:

- космічні випромінювання;

- природні натуральні джерела;

- технологічні природні джерела (штучні джерела в навколишньому середовищі і в побуті).

Космічне випромінювання. Космічне випромінювання складається з галактичного і сонячного, яке пов'язане з сонячними спалахами. Сонячне космічне випромінювання відіграє важливу роль за межами земної атмосфери, але через порівняно низьку енергію мало впливає на дозу випромінювання біля поверхні Землі.

Слід розрізняти первинні космічні частинки, повторне і фотонне випромінювання, що утворюється в результаті взаємодії первинних частинок з ядрами атомів атмосфери.

Первинне космічне випромінювання більше ніж на 90% складається з протонів високих енергій. Крім них, до складу частинок входять альфа-частинки, нейтрони, ядра атомів різних елементів і інші частинки. Вступаючи у взаємодію з атмосферою Землі, ці частинки проникають до висоти 20 км над рівнем моря і утворюють повторне високоенергетичне випромінювання, яке складається з мезонів, нейтронів, протонів, електронів, фотонів тощо.

Інтенсивність космічного випромінювання залежить від сонячної активності, географічного розташування об'єкта і висоти над рівнем моря.

Залежність від широти пояснюється тим, що Земля подібна до гігантського магніту, унаслідок чого заряджені частинки відхиляються від свого шляху і проходять повз планети, інші - змінюють курс над екватором і збираються у вигляді воронки біля полюсів, закручуючись відповідно до напряму силових ліній прямо над геомагнітним полюсом (пояснення феномену північного сяйва, що виникає при проходженні інтенсивних космічних променів біля полюсів). Інтенсивність космічного випромінювання зберігається відносно постійною на географічній широті між ±15° по обидва боки від екватора, а далі в міру руху до північної або південної широти ±50° швидко зростає, після чого знову залишається практично незмінною аж до полюсів.

Потужність еквівалентної дози (ПЕД) космічного випромінювання значною мірою залежить від висоти над рівнем моря. Для різних висот ПЕД відповідно складає: 0-0,035; 4-0,2; 8-1,35; 20-12,75 мкЗв х год^-1.

На вершині Евересту (Н = 8848 м), найвищої точки земної поверхні, еквівалентна доза космічного випромінювання складає близько 8 мЗв х год^-1.

В орбітальному польоті на висоті 200-400 км потужність дози всередині корабля в 100 і більше разів вища, тобто за рік космонавти одержують 0,1-0,15 Зв. Рекордну дозу опромінення 0,16 Зв одержали американські астронавти у 84-добовому польоті на орбітальній станції «Скайлеб». Висота орбіти - 433 км. Допустима доза піврічного космічного польоту в СРСР була прийнята рівною 0,37 Зв.

Отже, області поблизу екватора, які знаходяться на рівні моря, одержують найменшу дозу космічного випромінювання - близько 0,35 мЗв х год^-1. У географічних областях на широті 50° доза космічного випромінювання складає близько 0,5 мЗв х год^-1. Таку дозу отримують жителі, що проживають поблизу даної широти, - такі міста, як Лондон, Нью-Йорк, Токіо, Торонто, Москва, Київ, Харків, Львів, Одеса.

Природні натуральні джерела. У біосфері Землі є більше 60 природних РН, які можна розділити на три групи.

Перша група. - ряд довгоіснуючих РН, які входять до складу Землі з часу її утворення - природні радіоактивні ряди.

Друга група - РН, що не утворюють радіоактивного ряду і генетично не пов'язані з ним. До цієї групи відносяться 11 довгоіснуючих РН (⁴⁰К, ^S7Rb, ⁱ⁰Ca, ^l30Te, ^l3SLa, ^u7Sm,...), що мають періоди піврозпаду від 10⁷ до 10¹⁵ років.

Третя група - космогенні РН, які безперервно виникають у біосфері в результаті ядерних реакцій під впливом космічних випромінювань. Космогенні РН утворюються переважно в атмосфері в результаті взаємодії протонів і нейтронів з ядрами азоту, кисню і аргону, а далі потрапляють на земну поверхню з атмосферними опадами. До них відносяться ³Н, ¹⁴С, ⁷Ве, ²²Na, ²⁵Mg, ³²P, ³⁵S, ³⁹Аr,... - всього 14 РН. Помітний внесок у дозу опромінення роблять ³Н, ⁷Ве, ¹⁴С і ²²Na. При цьому ³Н і ¹⁴С - це джерела внутрішнього опромінення, а основними джерелами зовнішнього опромінення є ⁷Ве, ²²Nа і ²⁴Na.

Уран, на якому тепер базується ядерна енергетика - широковживаний і сильно розсіяний у земній корі елемент. Середній вміст його в земній корі складає близько 3 х 10 ⁴ %. У природі уран має три ізотопи: ²³⁸U (вміст 99,275%), ²³⁵U (0,72%) і ²³⁴U (0,0054). Усі ці ізотопи урану радіоактивні, довільно розпадаються з випромінюванням альфа-частинок.

Слід відзначити, що віт природного урану-238 міститься 54,8 г урану-234; 0,36 г радію-226; 2,35 х 10^-6 г радону-222; 1,3 х 10^-9 г полонію-218; 1,17 х 10^-13 г полонію-214.

Опромінення людини всіма зазначеними природними РН може бути зовнішнім і внутрішнім.

Зовнішнє гамма-опромінення людини поза приміщеннями (будинками) зумовлене наявністю РН у різних природних середовищах (ґрунті, приземному повітрі, гідросфері і біосфері).

Основний внесок у дозу зовнішнього гамма-опромінення дають гамма-РН урано-радієвого і торієвого рядів і калій-40. При цьому головними джерелами зовнішнього гамма-опромінення в повітрі торієвої серії РН є торій-228 і радій-224, а в урановому ряду 99% дози визначається гамма-випромінюванням свинцю-214 і вісмуту-214.

Так, щорічна доза, яку отримує населення від РН, що знаходяться в зовнішньому середовищі, складає від 0,32 до 0,82 мЗв залежно від умов місцевості.

Середня щорічна еквівалентна доза зовнішнього опромінення для населення всієї земної кулі приймається рівною 0,65 мЗв. Якщо людина знаходиться в приміщенні, доза зовнішнього опромінення змінюється під впливом двох протилежно діючих чинників: екранування зовнішнього випромінювання будинком і випромінювання природних РН, що знаходяться в матеріалах, з яких збудовано будинок. Залежно від концентрації ⁴⁰K, ²²⁶Rа, ²³²Th у різних будівельних матеріалах потужність дози в будинках значно змінюється.

Якщо за одиницю взяти такий матеріал, як дерево, то мешканці, що проживають у будинках з іншого будівельного матеріалу, одержують річну дозу:

- з вапняку - в 1,3 рази більшу;

- з бетону, цегли - в 3 рази;

- з пемзового каменю - в 10 разів;

- з граніту - в 10-12 разів.

При цьому потужність дози всередині будинків у всіх цих містах перевищує потужність дози поза приміщеннями на 16-46% , виняток складає Севастополь, де потужність цих доз практично однакова.

Пояснюється це просто: у гранітах урану в 2-3 рази, а торію - у 3-10 разів більше, ніж у вапняках.

Внутрішнє опромінення людини створюється РН, що потрапляють в організм разом із їжею, повітрям і водою. З них найбільш високий вклад в ефективну еквівалентну дозу вносять ^40K,¹⁴С,⁸⁷ЯЬ,²¹⁰Ро,²²⁶Да, а також радон-222 і радон-220 (торон).

Найбільш вагомими з усіх природних джерел радіації є полоній-210 (8%), калій-40 (13%) і особливо радон-220 і 222 (близько 75%).

Радон надходить до організму при диханні разом з повітрям. Він є продуктом розпаду радію, який у свою чергу повсюди міститься в ґрунті, стінах будинків та інших об'єктах зовнішнього середовища.

Основна частина опромінення спричинена не самим радоном, а продуктами його розпаду.

Радон - це невидимий важкий газ, який не має ні смаку, ні запаху (у 7,5 разів важчий за повітря). При розпаді випромінює альфа-частинки. Радон вивільняється із земної кори повсюди. Концентрація його в закритих приміщеннях звичайно у вісім раз вища, ніж на вулиці, а на верхніх поверхах нижча, ніж на першому.

Джерелами надходження радону є будівельні матеріали, вода і природний газ.

При кип'ятінні радон випаровується, у сирій воді його набагато більше. Основну небезпеку викликає його попадання в легені з водяною парою. Найчастіше це відбувається у ванній кімнаті, коли людина приймає гарячий душ.

Під землею радон змішується з природним газом, який потім використовується в побутових газових плитах, і таким чином попадає в приміщення. Концентрація його значно збільшується за відсутності надійних витяжних систем.

За даними наукового комітету з атомної енергетики ООН, концентрація радону разом з продуктами його розпаду всередині будинків приблизно у 25 разів перевищує середній рівень у зовнішньому повітрі.

Радон, потрапляючи в організм, відразу ж уражає залози внутрішньої секреції, гіпофіз, кору надниркових залоз. Це викликає задишку, серцебиття, мігрень, тривожний стан, безсоння. Іноді розвиваються злоякісні пухлини в легенях, печінці, селезінці.

Український науковий центр радіаційної медицини стверджує, що близько 70-75% дози опромінення населення України від усіх джерел природної радіоактивності припадає на радон. Винним є Український щит - тектонічна структура, яка проходить з півночі на південь майже посередині України і займає близько 30% усієї території. Складається щит з гранітів та інших кристалічних порід, що характеризуються підвищеною радіоактивністю.

Підвищену радіоактивність мають сланці, фосфорити. Тому фосфорні (а також азотні і калієві) мінеральні добрива часто є носіями радіоактивного забруднення ґрунтів і ґрунтових вод. Високу радіоактивність мають кальцієво-силікатний шлак, фосфогіпс, доменний шлак, вугільний шлак.

Аномалії природного фону. На планеті є місця, де рівні радіаційного фону підвищені внаслідок значних покладів радіоактивних мінералів. Виявлено п'ять основних населених місць, які мають істотно збільшений природний рівень радіації через певний склад ґрунту і гірських порід. Це Бразилія, Франція, Індія, острів Німує (Тихий океан) і Єгипет.

У ряді місць Бразилії, головним чином у прибережних смугах, кожна з яких має довжину в кілька кілометрів і ширину в кілька сотень метрів, потужність випромінювання з ґрунту і скельних порід складає 5 мЗв х рік^-1.

Аномальні райони в Україні - Хмельник, Миронівка, Жовті Води, а також Дніпропетровська, Кіровоградська і Миколаївська області, де знаходяться рудники з видобування урану. У цих місцях рівні природного фону в десятки і сотні разів більші, ніж на іншій території.

У цілому, за даними спеціального наукового комітету ООН, середня еквівалентна доза опромінення населення в промислово розвинених країнах земної кулі за рахунок природних джерел випромінювання складає 2,5 - 3,0 мЗв х рік^-1.

У табл. 1.1 наведено сумарну середньорічну ефективну дозу від природних джерел випромінювання.

Таблиця 1.1

Середньорічний фон природної радіації (Константінов М.П.)