Теория миграции радионуклидов

После своего образования радионуклиды самостоятельно или в составе органических или неорганических веществ мигрируют как в природных, так и техногенных средах. Различают локальную (в пределах минерала, рудного тела, хранилища РАО, предприятия ЯТЦ), региональную (рассеяние радионуклида вокруг горнодобывающего предприятия, АЭС, в жилом здании) и глобальную миграцию (в атмосфере Земли, в водах мирового океана, по рекам и т. п.). Транспорт радиоактивного вещества зависит от его химического состояния (молекулярное, ионное или комплексное соединение, газ или жидкость, истинный или коллоидный раствор и т. п.).

Перемещение радионуклидов можно описать разными способами. В данной главе как пример количественного подхода к миграции рассмотрено рассеяние радионуклидов в атмосфере в режиме турбулентной диффузии, математический аппарат которого базируется на решении дифференциальных уравнений в частных производных с учётом бокового сноса (адвекции) ветром. В качестве примера трудно формализуемой миграции приведён процесс миграции радиоактивных веществ в почве.

Перемещение радиоактивных веществ

Перенос — перемещение объекта во времени или пространстве.

Миграция — движение химических элементов в компонентах окружающей среды, в частности, перемещение по организмам растений и животных.

Миграция радионуклидов — совокугтостъ процессов, связанных с их перемещением в пространстве всеми физически возможными путями.

Диффузия — процесс взаимного проникновения молекул или атомов одного вещества между молекулами или атомами другого, приводящий к самопроизвольному выравниванию их концентраций по всему занимаемому объёму. Обычно перенос вещества происходит из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией (вдоль вектора градиента концентрации). Массоперепос (массопередача) — массообмен через поверхность раздела или проницаемую стенку между двумя веществами или фазами Массообмен — самопроизвольный необратимый процесс переноса массы данного компонента в пространстве с неоднородным полем химического потенциала этого компонента (в простейшем случае с неоднородным полем концентрации или парциального давления компонента).

Мембранный транспорт — перенос веществ (например, радиофармпрепарата) сквозь клеточную мембрану в клетку или из клетки.

Миграция радионуклидов в геосфере управляется такими механизмами, как адвекция потоком воды; диффузия (молекулярная или термическая); реакция/взаимодействие с жидкими компонентами или со средой. Изучение миграции в биосфере включает четыре компонента:

• — определение начальных состояний радионуклидов и стабильных элементов в ближнем окружении, а так же скорости их производства;
• — определение путей достижения среды обитания;
• — определение движущих сил вдоль путей миграции: адвекция потоком воды; молекулярная диффузия; термическая диффузия; осмос и т. п.;
• — определение реакций: механическая фильтрация; поверхностные реакции (электрические и химические связи); медленные химические реакции с подвижной фазой; реакции с фазами различной подвижности, например, твёрдыми, коллоидными и т. п.

Перемещение радиоактивных веществ в пространстве и времени бывает самопроизвольным (под действием градиента химического потенциала или градиента концентрации) или целенаправленным (как результат деятельности человека). Целесообразное перемещение радионуклидов происходит при добыче и переработке полезных ископаемых, поставке ядерного топлива на АЭС, перевозке ОЯТ и РАО, передислокации вооружений, проведении ядерных взрывов, перевозке медицинского или исследовательского оборудования и материалов, вспашке загрязнённой почвы и др. Целевые перемещения радионуклидов человеком строго регламентированы и подчиняются определенным законам, нормам и правилам.

Случайный характер перемещения радионуклидов реализуется в процессах миграции и диффузии.

К естественному перемещению радионуклидов относятся такие процессы, как перенос веществ воздушными атмосферными массами, водными течениями, селями и разливами рек; ветровой подъём радиоактивных продуктов с поверхности загрязнённой почвы; роющая деятельность животных; извержение вулкана; биологические процессы усвоения и передачи радионуклидов представителями флоры и фауны; перемещения радиоактивных веществ по пищевым цепочкам; миграция животных и др. Определённую роль играет перемещение (иногда на большие расстояния) радиоактивных веществ животными, рыбами, перелётными птицами, спорами и семенами растений.

Перемещает радионуклиды и сам человек. Особенно это свойственно работникам предприятий ядерной индустрии. При нахождении профессионального работника в воз духе, содержащем радиоактивные продукты, его организм накапливает в себе радионуклиды. Внешнее загрязнение тела работника снимается после прохождения санитарного пропускника, но внутреннее загрязнение удалить невозможно. Необоснованное поступление радионуклидов, в большей мере, происходит в организм членов семьи профессионального работника и в меньшей в окружающих его людей. Профессиональный работник, а также пациент, в тело которого были введены радиофармпрепараты для целей диагностики или терапии, и который был отпущен домой, большую часть времени находится в жилой квартире и реже — в местах общественного пользования. Поэтому удаляемые нуклиды из его организма будут переходить через атмосферный воздух и водные среды и далее в организм членов его семьи, предметы быта и т. д.