Горнодобывающая промышленность и медицина

Загрязнение радиоактивными веществами может быть вызвано нарушением сложившихся геокомлексов и перераспределением радионуклидов геологического происхождения. Этот фактор реализуется на этапах добычи радиоактивных полезных ископаемых — например, органического топлива для теплоэлектростанций, ТЭС. Многие технологии зачастую представляют собой совокупность операций и приёмов, в которых радионуклиды участвуют в последовательности процессов, приводящих к концентрации и перераспределению радиоизотопов. Эти процессы имеют место в горнодобывающем производстве, рудообогатительной и перерабатывающей промышленности, в сфере использования минеральных органических топлив самого широкого назначения и в сельском хозяйстве.

Источниками радионуклидов могут быть предприятия добывающие, перерабатывающие и использующие полезные ископаемые, которые сами по себе не являются радиоактивными. Примерами являются производство фосфорных удобрений, поскольку фосфориты и апатитовая руда характеризуются повышенным содержанием природного U, добыча каменного угля, хлористого калия, нефти, природного газа и др.

Замечание. В фосфорных удобрениях содержатся: ²з⁸и до 2,34 Бк/кг (40,3%) ²²⁶Ra — до 0,85 Бк/кг ^2ЮРЬ — до 0,39 Бк/кг ^2ШРо — до 0,92 Бк/кг ²3²Th — до 0,052 Бк/кг 4°К — до 1,22 Бк/кг (21%).

Уголь всегда содержит природные радиоактивные вещества урановых рядов (²з"и и продукты его распада ²34U, ²²⁶Ra, ²²²Rn, ²¹°Pb, ^2юРо и т. д.); (²35U и продукты его распада ²¹⁹Rn и т. д.); ториевого ряда (²з²ТЬ и продукты его распада ²²°Rn, ^21бРо), а также *°К. В углях U концентрируется в низкомолекулярном органическом веществе торфов, лигнитов, бурых углей. Содержание U в каменном угле колеблется от 50 до 90 Бк/кг. В антрацитах количество U незначительно. В подмосковном угле содержание U составляет 9,15 г/т, a Th 11.65 г/т. Радиоактивность золы и выбрасываемых в атмосферу твёрдых частиц, образующихся при сжигании такого угля, превышает 370 Бк/кг, в то время как при сжигании кузбасских углей радиоактивность составляет 20-^40 Бк/кг. Th и 4°К связаны с неорганической фракцией, a U — с органикой, выбрасываемой в атмосферу с парогазовой фракцией; они концентрируется в аэрозолях.

При сжигании угля большая часть U, Th и продуктов их распада выделяются из угля и распределяются между газовой и твёрдой фракциями. При сгорании большая часть минеральной фракции угля плавится и образует стекловидный зольный остаток, значительная доля которого остаётся в виде шлака. Тяжёлые частицы при этом попадают в золу, однако наиболее лёгкая часть золы, вместе с потоком газов уносится в трубу ТЭС.

Эмиссия Rn находится в прямой пропорции с масштабами потребления угля (75 ТБк/год), поскольку этот газ высвобождается полностью независимо от доли улавливаемой золы. Для изотопов Th, U и Ra степень высвобождения в -10 раз меньше, чем Rn, и величина их эмиссии составляет 5 ТБк, а для летучих ^2ЮРЬ и ^2ШРо — 50 ТБк в год. Суммарная эмиссия радиоактивности в атмосферу при сжигании угля достигает 130 ТБк в год.

В процессе сжигания угля на ТЭС происходит обогащение золы радионуклидами. При сжигании углей на ТЭС возрастает содержание в ней ²²⁶Ra и ²¹⁰РЬ. В пробах золы по сравнению с топливом содержание ²¹°РЬ увеличивается в 5−5-10 раз, a ²²⁶Ra — в 3,5+6 раза. Диапазон средних концентраций в воздухе помещений ТЭС составляет 60+90 мБк/м³. При зольности угля ю% за год ТЭС мощностью 1 ГВт с коэффициентом очистки выбросов 0,975 выбрасывают в атмосферу (ГБк): ⁴°К — 4,0, ²³®U и ²²⁶Ra — по 1,5,^2ЮРЬ и ²¹⁰Ро — по 5,0, ²³²Th — 1,5. Суточный выброс золы в атмосферу =36 т, и при высоте трубы 200 м радиус загрязненной территории =~50 км. Опасны и ТЭС, работающие на горючих сланцах. Так, Прибалтийская ТЭС выбрасывает в атмосферу 90% U, 28+60% Ra и 78% Th. Помимо аэрозольного компонента в выбросах присутствует 20% летучей золы.

Рассеивание загрязнений с дымовыми газами происходит на большие площади, поскольку выбросы ТЭС в атмосферу осуществляются на высоте 100+300 м. Нарушение растительного покрова вблизи ТЭС, работающих на низкокачественных углях, наблюдается в радиусе 4+15 км. В снежном покрове в зоне влияния ТЭС содержание радионуклидов может достигать значений: ⁴°К — 22.2+45.3 Бк/л, ²²⁶Ra — 4+9 Бк/л,^Th — 34+7,8 Бк/л. В выбросах ТЭС значительную долю составляют более опасные нуклиды по сравнению с АЭС, например, ²²⁶Ra относится к — группе, А токсичности.

Ожидаемая коллективная эффективная эквивалентная доза облучения населения Земли, использующего природный газ и уголь для приготовления пищи, в результате выбросов радионуклидов из индивидуальных печей, плит и каминов составляет ю⁵ чел.-Зв. Средние индивидуальные дозы облучения в районе расположения ТЭС мощностью 1 ГВт/год составляют 6+6о, а от выбросов АЭС — 0.004+0.13 мкЗв/год. В городах с угольными ТЭС индивидуальные годовые риски равны iO'³+icr⁴. (Риск здоровью населения, проживающего вблизи АЭС, составляет ~5*Ю‘⁷). Суммарный популяционный риск смерти для населения, проживающего в сфере влияния выбросов угольных ТЭС, «8 тыс. дополнительных смертей в год.

Загрязнение нефти и газа радионуклидами земного происхождения происходит двумя путями. Первый путь обусловлен тем, что нефтяным запасам часто сопутствуют глинистые сланцы, богатые U. Концентрация U в сланцах может достигать юоо г/т и более. Залегающие ниже пористые песчаники содержат рассолы, в которых постепенно растворяется ²²⁶Ra и его дочерние продукты. Затем эти продукты поступают в вышележащие нефтяные и газовые залежи и загрязняют их радионуклидами. Второй путь связан с диффузией ²²²Rn в нефтяные слои. Радий и его продукты распада ²¹⁰РЬ (22,3 л.) ^и 2юРо (138 дн) — главные загрязнители нефти и газа.

Табл. 2. Выбросы естественных радионуклидов, их содержание в атмосфере и накопление в почве в районе расположения угольной ТЭЦ мощностью 1 ГВт_.

В начале эксплуатации скважин нефть и газ поступают сухими, но затем к их потоку начинает примешиваться вода, образуя эмульсию или аэрозоль. Изменение температуры и давления при добыче нефти и газа приводит к образованию на стенках труб прочных осадков солей, с которыми соосаждается Ra и его дочерние продукты (активность -1,5−10″ Бк/кг). Основной способ захоронения таких осадков на нефтяных и газовых промыслах — затопление их в морях и океанах. Радиоактивность сопутствующих рассолов при добыче нефти составляет 88оо Бк/мз рассола и достигает значений 28 600 Бк/мз. При добыче нефти во всем мире з, о-Ю9 т/год количество извлеченной попутной воды составило 2, мо9т, и в ней содержалось 21 ТБк ²²⁶Ra плюс почти такие же количества ²²4Ra и ²²²Rn.

В пластовых водах на Ставропольском нефтяном месторождении концентрация ²²⁶~⁸Ra составляет 74БК/Л. При движении вод по трубам, происходит его отложение на поверхности труб, днищах ёмкостей и т. д. Удельная активность твёрдых осадков от ²²⁶-²²⁸Ra -90 кБк/кг. Доза, получаемая персоналом в течение года, составит 6,64−44 мЗв, что превышает предел годовой дозы для категории Б (5мЗв). Технологическое оборудование (трубы и т. д.) может иметь активность 10 004−35 000 кБк, и относится к категории РАО. Аналогичная картина отмечается и при отработке золоторудных и оловорудных россыпных месторождений Якутии, где радиоактивность оловорудных концентратов достигает 2004;3000 мкР/ч, при отработке циркон-ильменитовых песков Западной Сибири (Туганское, Тарское и др.) и вольфрамовых руд Калгутинского месторождения в Горном Алтае.

Радиоактивность, извлекаемая из недр Земли, при добыче природного газа в юо раз больше, чем при добыче нефти. Так, в газе, добываемом на промыслах в Северном море, где содержание ²²²Rn в 1 мз природного газа колеблется в пределах от 30 до 54 000Бк/мз, суммарная высвобождаемая радиоактивность Rn составляет 1,5-юз ТБк в год, при этом в природном газе содержатся продукты распада Rn. Мировая добыча газа в 1988 г. составляла 1,9-ю¹²мз/г., и при среднем значении его активности юоо Бк/мз годовой выброс ²²²Rn достиг 1,9-юзТБк. На нефтеперерабатывающих заводах участок производства пропана — самая радиоактивная зона.

Разработка нефти и газа на морском шельфе открыла новые пути для повышенных уровней поступления природных радионуклидов в морскую среду. По объёму пластовые воды намного превосходят все остальные виды отходов, и их сброс в море с промысловых платформ оказывает сильное воздействие на морскую среду. Для химического состава пластовых вод характерна высокая минерализация, превышающая солёность морской воды (до 300 г/л). Дозообразующими являются продукты распада ²з⁸и — ²²⁶Ra, ²²²Rn и 232Th — ²²⁸Ra и ²²°Rn. Образуются как растворимые, так и нерастворимые соли Ra. Нерастворимые соединения солей Ra отлагаются на поверхности труб, клапанов и даже резервуаров, создавая повышенный радиационный фон. В 2003 г с норвежских нефтяных платформ в Северном море было сброшено 440 ГБк ²²⁶Ra и 380 ГБк ²²⁸Ra.

Особый источник возможного радиационного воздействия на арктическом побережье РФ — радиоизотопные термоэлектрические генераторы, РИТЭГ, используемые для автономного электрического питания маяков и светящихся навигационных знаков. В капсулах 9°Sr содержится в виде керамического SrTi0₃ активностью 0,34−3,7 ПБк. Капсулы защищены от внешних воздействий толстой оболочкой из нержавеющей стали, алюминия и свинца. На поверхности РИТЭГа мощность дозы не превышает 200 мР/час, а на расстоянии метра — ю мР/час. По классификации МАГАТЭ РИТЭГи относятся к 1 классу опасности (мощнейшие источники излучения). Всего в России, в основном по побережью Северного Ледовитого океана, было размещено ~юоо РИТЭГов. В настоящее время для всех РИТЭГов сроки эксплуатации завершены, постепенно они демонтируются и отправляются на утилизацию.

В связи с интенсификацией применения ионизирующего излучения в хозяйственной деятельности человека, возрастает объём отработанных радиоактивных источников, поступающих с предприятий и учреждений. К ним относятся «горячие» лаборатории, радиоизотопные лаборатории и радиологические отделения медицинских учреждений, применяющие открытые радионуклиды для целей терапии, лаборатории научноисследовательских институтов, где проводят работы с открытыми радиоактивными веществами, и т. д. Эти лаборатории могут быть источниками газообразных, жидких и твёрдых РАО. Эта категория РАО утилизируется через централизованную систему территориальных организаций.

Препараты на основе ^6oCo, mj, wCs, «9⁶Au, зар, 9о§_г и т. п. используются в терапии и диагностике. При работе с открытыми радионуклидами в медицинской практике возможно образование газообразных жидких и твёрдых РАО. Так, воздух, удаляемый из боксов и вытяжных шкафов, при фасовке в них радиоактивных изотопов может содержать аэрозоли^Аи, *зчТ, ^2И т.д. В результате выведения изотопов из организма больных с экскрементами, а также вследствие дезактивации оборудования возникают РАО. К твёрдым РАО радиологических отделений относят пришедшие в негодность инструментарий и спецодежду', загрязненные радионуклидами.