Проблемы радиоэкологии. 
Химия

Воздействие излучения естественных и техногенных радионуклидов на живые организмы и их сообщества, а также связь этого воздействия с распределением радионуклидов в биосфере являются предметом радиоэкологии. Основы этой быстро развивающейся науки были заложены в 1910;1920 гг. В. И. Вернадским. Главные задачи радиоэкологии — это изучение роли естественной радиоактивности в жизненных процессах, путей распространения в биосфере продуктов ядерных взрывов и последствий связанного с ними дополнительного облучения живых организмов, а также определение путей устранения вредного воздействия на человека радиации, вызванной радиоактивными отходами, выбросами атомных электростанций и применением радионуклидов в промышленности, медицине, сельском хозяйстве и научных исследованиях.

Анализ показывает, что человечество в целом получает около 1/3 облучения от медицинских источников (рентгенодиагностика и лечение), 2/3 — от естественных источников (космическое излучение, радон воздуха, калий-40, содержащийся в земной коре и строительных материалах, и т. п.) и малую часть (3—4%) — от искусственных источников (испытания ядерного оружия и т. д.). Таким образом, непосредственный вклад техногенной радиоактивности в суммарное облучение человека невелик, гораздо большую опасность представляет радиоактивное загрязнение объектов внешней среды.

В настоящее время десятки государств имеют энергетические ядерные реакторы — на атомных электростанциях, подводных лодках, ледокольных судах. В пределах России размещено 11 атомных электростанций, которые дают 12% производимой в стране электрической энергии. Мировой опыт ядерной энергетики свидетельствует о том, что при работе энергетических ядерных реакторов в технологически нормальном режиме радиационное воздействие на природную среду существенно ниже естественного фона и глобального загрязнения стронцием-90 и цезием-137. Принципиально иная ситуация может возникнуть при крупной радиационной аварии на атомной электростанции из-за выхода газообразных и летучих нуклидов далеко за пределы территории станции. Выбросы в атмосферу значительного количества продуктов деления и активации при аварии на Чернобыльской АЭС 26 апреля 1986 г. повлияли на радиационную обстановку целого ряда стран. В частности, в первый год после аварии произошло увеличение средней эффективной дозы облучения населения Болгарии на 22%, СССР — на 7,3%, Швеции — на 4,4%, Франции — на 2,0% и США — на 0,1%.

Пути распространения радионуклидов от мест выброса и возможности разработки рациональных способов их хранения и захоронения зависят от распределения этих нуклидов между фазами (здесь полезно вспомнить законы распределения вещества между фазами, о которых шла речь в параграфе 36.4), определяемого, в свою очередь, химическими формами, в которых находятся радионуклиды.

В частности, в процессе деления ядерных материалов образуются иод-131, стронций-90 и цезий-137. При попадании в природные воды или в почву каждый из этих нуклидов может проникнуть в организм человека не только непосредственно — при дыхании и с питьевой водой, но и по сложным пищевым путям. Например, иод-131 и стронций-90 путешествуют по цепочке растительность — травоядные животные — молоко и мясо — организм человека. Далее иод-131 концентрируется в щитовидной железе человека и разрушает вырабатываемый ею гормон тироксин, влияющий на энергетический обмен организма и рост тканей. Эффективной мерой защиты от иода-131, «лекарством» против него, является обычный иод в виде Nal, который не только уменьшает вероятность попадания иода-131 в щитовидную железу, но и активирует вывод иода (в том числе и иода-131) из организма вследствие его избытка. Цезий по химическим свойствам близок к натрию, и катионы цезия-137 сопровождают в организме натрий. Аналогично стронций-90 способен частично замещать кальций и накапливаться в костных тканях.

При извлечении радионуклидов из организма и при обеззараживании природных вод используют такие процессы распределения, как селективное комплексообразование и ионный обмен, а также способность отдельных растений или животных концентрировать те или иные радионуклиды. Например, водоросли концентрируют большинство радионуклидов, содержащихся в морской воде, в 10²-10 а устрицы концентрируют цинк-65 в 2 • 10⁵ раз.

К началу 1989 г. в мире было проведено 1747 испытаний ядерного оружия, в том числе США выполнили 932 испытания, СССР — 649. За период с 1945 г. мировой статистикой также зарегистрировано 80 серьезных радиационных аварий. В результате всего этого огромное количество различных радионуклидов оказалось выброшенным в атмосферу и природные воды, а также накоплено в виде радиоактивных отходов. Основной экологический принцип, который должен быть использован при обращении с радиоактивными отходами, состоит в их концентрировании до минимального объема и переводе в состояние, максимально недоступное для биогенной миграции. Для решения этих задач современная технология обезвреживания и захоронения радиоактивных отходов использует несколько различных путей.

• 1. Извлечение высокоактивных примесей из пылегазовых и жидких отходов и последующий сброс в атмосферу или водоемы отходов с удельной радиоактивностью, не превышающей уровень, установленный соответствующими международными и национальными нормами. В частности, из газообразных отходов атомных электростанций перед их выбросом в атмосферу улавливают радионуклиды криптона и ксенона.
• 2. Жидкие радиоактивные отходы низкой и средней активности сбрасывают в фильтрующие колодцы и искусственные подземные полости.
• 3. Во временных хранилищах выдерживают высокоактивные жидкие и твердые радиоактивные отходы. В этом случае очень важно соблюдение теплового режима хранения — отвод тепла, выделяющегося при распаде. В 1957 г. на Южном Урале произошел тепловой взрыв одной из емкостей с высокоактивными отходами, содержащими радионуклиды церия, празеодима, циркония, ниобия, рутения, родия, стронция, иттрия и цезия. Облако радиоактивных отходов прошло над Челябинской, Свердловской и Тюменской областями, захватив 217 населенных пунктов.
• 4. Уменьшение объема отходов и изолирование их от биосферы. Здесь используются осаждение, ионный обмен, экстракция, дистилляция, а потом прессование и остекловывание.

Резюме

Масштабы человеческой деятельности на планете Земля стали сравнимы с масштабами природных процессов. Пока что влияние цивилизации на естественные процессы скорее негативное, и химия играет в этом не последнюю роль. Почему так происходит и как этого избежать?

Практикум

Вопросы для самоконтроля.

• 1. В чем разница между дымом и туманом, и почему термин «смог» произошел от этих понятий?
• 2. Как bi. i думаете, если во времена Рамзеса и Тутанхамона существовали «озоновые дыры», какое влияние оказывали они на древних египтян?
• 3. Проблемы экологии — взаимосвязи живых организмов со средой — это проблемы не только работы автомобильных двигателей, но и проблемы нашего поведения. Вспомните: куда лично вы обычно деваете жевательную резинку, которую вам надоело жевать? Что лично вы делаете с одноразовой посудой (бутылками, стаканами и т. д.), которую вы берете с собой, отправляясь за грибами или на рыбалку?

Аналитические задания.

• 1. Термин «сфера» обозначает нечто, расположенное вокруг центра Земли. Проанализируйте, что принципиально объединяет и что разделяет лито-, гидрои атмосферу, с одной стороны, и биои ноосферу — с другой.
• 2. Продуктами деления урана в ядерных энергетических установках являются ядра элементов по крайней мере половины периодической системы. Объясните особую роль трех нуклидов: иода-131, стронция-90 и цезия-137.