II. Основные законы экологии и учение о биосфере



страница13/22
Дата23.04.2016
Размер4.82 Mb.
1   ...   9   10   11   12   13   14   15   16   ...   22

60. Пути снижения техногенного воздействия ракетно-космической техники на окружающую среду на различных стадиях подготовки и проведения космических полётов.Любой космодром представляет собой зону повышенной опасности, так как здесь соседствуют горючие материалы и само­воспламеняющиеся компоненты ракетных топлив, взрывоопас­ные вещества и источники воспламенения в виде электрических и фрикционных искр. Все это усугубляется наличием разветвлен­ной сети трубопроводов высокого давления для транспортировки компонентов ракетных топлив, ряд из которых является весьма токсичными. Поэтому неправильные технические решения или незначительные нарушения мер безопасности при эксплуатации сооружений и оборудования могут привести к нештатным ситуа­циям с катастрофическими последствиями.

Мероприятия по обеспечению безопасности проводимых ра­бот на космодроме подразделяют на две группы:

- технические, предусматриваемые при проектировании со­оружений, систем и агрегатов наземного оборудования и космо­дрома в целом;

- организационные, обеспечивающие соблюдение мер безо­пасности и строгое выполнение правил проведения регламентных работ.

К первой группе относят размещение зданий и сооружений космодрома на безопасном расстоянии друг от друга, соответст­вующую организацию технологического цикла предстартовой подготовки и пуска РКС, надежную защищенность сооружений от пожара и действия взрывной волны, а также наличие средств экстренной эвакуации обслуживающего персонала и других средств коллективной защиты. Здания и сооружения космодрома группируют по зонам в зависимости от их функционального назна­чения, степени опасности проводимых работ и в соответствии с тех­нологической последовательностью подготовки РКС. Так, старто­вую позицию размещают на таком расстоянии от других зон и пози­ций космодрома, при котором исключаются их повреждения при возможном взрыве РН при пуске или начальном участке траекто­рии. На безопасном расстоянии друг от друга размещают заправоч­ную станцию, хранилище РДТТ, зону производства и хранения компонентов топлива и т.п.

Исходя из анализа возможных воздействий сооружения стар­товой позиции рассчитывают на действие динамических сил, из­быточного давления и акустического воздействия. Динамические силы, возникающие в случае аварийной отмены старта из-за вы­ключения двигательной установки, в 0,8...2,0 раза превышают стартовую массу РКС. Избыточное давление возникает при ава­рийном взрыве РКС на пусковой установке и выражается в тротиловом эквиваленте. Акустическое воздействие обусловлено вы­ходом двигательной установки РКС на режим при старте и ее рабо­той на активном участке полета РН. Так, стартовый комплекс 39 для РКС «Сатурн-V-Аполлон» в соответствии с допустимыми кри­тическими значениями избыточного давления и акустического воздействия разделен на четыре функциональные зоны: пусков, обеспечения пусков, общего назначения и промышленную.

Зона пусков ограничена линией избыточного давления, рав­ного 0,0028 МПа (при возможном взрыве РН), и уровнем шума в 135 дБ. В этой зоне находятся стартовые площадки, оборудование непосредственного обеспечения пусков, а также ряд автоматиче­ских и телеуправляемых систем. При этом расстояние между стартовыми площадками, равное 2670 м, выбрано таким, чтобы в случае взрыва РН обслуживающий персонал и РКС, находящиеся на соседней площадке, не подвергались воздействию давления выше допустимого.

Зона обеспечения пусков расположена между линиями аку­стического воздействия, равных 135 и 120дБ. В этой зоне распо­ложены здания вертикальной сборки РКС, центр управления за­пуском и ряд других объектов, причем здание вертикальной сбор­ки расположено за пределами досягаемости крупных осколков в случае взрыва РН при пуске.

Зона общего назначения начинается от линии акустического воздействия в 120 дБ и доходит до границ стартового комплекса. Это зона относительно безопасна и предназначена для размеще­ния общетехнического оборудования.

Промышленная зона расположена по периферии зоны общего назначения и включает монтажно-испытательные корпуса, лабо­ратории, склады, административные здания и т.п.

Сооружения космодрома дополнительно защищают от воз­можных факторов воздействия, частично заглубляя в грунт, об­сыпая их грунтом, покрывая защитными плитами и т.п. Особое внимание уделяют сооружениям, в которых во время проведения заключительных предпусковых операций и пуска РН находятся люди, т.е. помещениям центрального пульта подготовки и за­правки РН, центра управления запуском и т.п.

Возможность ошибочных действий операторов при предстар­товой подготовке исключается максимальной автоматизацией процесса подготовки, применением блокировочных систем, на­личием звуковой и визуальной сигнализации, а также всевозмож­ными формами контроля. Обслуживающий персонал снабжается индивидуальными средствами защиты, особенно при работе с токсичными, криогенными или нагретыми компонентами, а так­же противопожарным оборудованием и средствами противопожарной защиты. Особое внимание уделяется безопасности лиц, обслуживающих стартовый комплекс, а также космонавтов в пе­риод предстартовой подготовки и самого старта.

При возникновении аварийных ситуаций безопасность об­служивающего персонала в основном обеспечивают экстренной эвакуацией. Для этого предусматриваются аварийные люки, по­жарные лестницы, специальные помещения, а сооружения стар­товой позиции оснащаются галереями или подземными проход­ными каналами (потернами). Наибольшие трудности представля­ет эвакуация людей с верхних площадок башни обслуживания. Лифты не могут полностью решить эту задачу, так как не исклю­чена возможность их выхода из строя в результате аварии, а спуск по лестницам - слишком медленный способ передвижения. По­этому башни обслуживания для аварийных ситуаций оборудуют специальными тросовыми устройствами, спасательными люль­ками, лотками и рукавами. Для укрытия людей после эвакуации предусмотрены специальные бункеры и другие защитные соору­жения.

В случае аварии РН при пуске используют систему аварийного спасения (САС) КА. Эти системы имеют различное конструктив­ное исполнение, но общим является то, что капсула, в которой находится экипаж КА, отводится на безопасное расстояние от РН с помощью твердотопливной двигательной установки, а далее мягко спускается с помощью парашютной системы.

Организационные мероприятия - это прежде всего строгое соблюдение правил и норм безопасности труда. Кроме того, к выполнению работ допускаются только те, кто изучил соответст­вующую систему или агрегат и имеет необходимую квалифика­цию, при этом лица, не занятые в выполнении этих операций, должны быть удалены с места их проведения.

Поскольку операции по подготовке РКС строго регламенти­рованы, то любые отклонения от регламента без разрешения ру­ководителя работ категорически запрещены.



Снижение техногенного воздействия на технологических фазах выведения КА на орбиту и его посадки

Предстартовая подготовка. Из всех операций, связанных с предстартовой подготовкой КА к полету (сборка, транспортиров­ка, установка на стартовой позиции и т.п.), наиболее вредна заправка ракеты-носителя топливом (для ЖРД) и сжатыми газами, которая, как правило, производится автоматически. В случае от­мены полета компоненты топлива сливаются полуавтоматически (автоматическая система, включающая человека как элемент). Заполнение хранилищ топливом, термостатирование и барботирование топлива, слив из заправочных магистралей и т.п. осуще­ствляются вручную по командам оператора.

Жидкие ракетные топлива токсичны (ПДК от 0,1 мг/м3 для гептила, гидразина и аэрозина до 300 мг/м3 для керосина), пожа­роопасны, коррозионно активны и обладают повышенной лету­честью и испаряемостью. Поэтому при заправке и сливе топлива предусматривают как нейтрализацию топлива, так и обмывочные операции.

Пары и жидкую фазу окислителя нейтрализуют поглотителя­ми, а пары окислителя и горючего - дожиганием в специальных аппаратах. При обмывочных операциях водой или нейтрализую­щими компонентами удаляют топливо, пролитое на обшивку ра­кеты-носителя или пусковую установку. Загрязненная вода акку­мулируется в специальных резервуарах, где очищается и обезвре­живается.

Активный участок полета. В общем случае под активным уча­стком полета понимают процесс доставки космического аппарата с помощью ракеты-носителя с места старта в заданную область космического пространства (время активного участка полета - время работы ракетных двигателей). В активном участке полета выделяют стартовый участок - начальный участок движения ра­кеты-носителя, на котором она сохраняет стартовое положение. Это один из наиболее ответственных участков активного полета, хотя его продолжительность составляет всего несколько секунд. На нем необходимо обеспечить отсутствие соударений РН с эле­ментами пускового сооружения, причиной которых могут быть ветровая нагрузка на РН, несинхронность выхода отдельных РД на режим, а также возмущения, вызванные погрешностями мон­тажа отдельных агрегатов и отсеков РН.

Техногенное воздействие указанных факторов на стартовом участке снижается с помощью технических мероприятий, преду­смотренных еще в проекте строительства космодрома, - это за­щита расстоянием и защитные технические сооружения. Зона воздействия шума уменьшается лесопосадками. Для населенных пунктов в районе космодрома устанавливается предельный уро­вень звукового давления в 115 дБА.

В стратегическом плане техногенное воздействие на окру­жающую среду можно значительно снизить, используя новый проект космодрома, разработанный японским концерном «Тайсан» и позволяющий значительно обезопасить старт космических кораблей, увеличить их грузоподъемность и одновременно эко­номить топливо. Специалисты из Японии предлагают отправлять в космос корабли с помощью гигантской конструкции, внешне напоминающей пирамиду (высотой 2100 м), и специальных элек­тромоторов. В течение ближайших трех лет Японский космиче­ский центр намерен провести эксперименты по практическому воплощению проекта «Тайсан». К вершине пирамиды ведет бе­тонная дорога со стальной колеей. Линейные электромоторы да­дут возможность начать старт без использования топлива. После «бега» по бетонно-стальной дорожке корабль катапультируется и отправится в полет с помощью своего носителя. Энергию для тре­буемой электротяги будет поставлять Солнце. По расчетам экспер­тов, достаточно всего 12 дней или 120 ч яркого солнечного света, чтобы все было готово к старту. Место будущих полетов выбрано не случайно. Остров Рождества, расположенный в Тихом океане, привлек внимание японских специалистов по ряду причин. Во-первых, этот небольшой островок находится близко к экватору, что дает лучшие стартовые возможности, чем мыс Канаверал. Во-вторых, солнце здесь ярко светит 325 дней в году.

Каких-либо средств защиты от выбросов продуктов сгорания в атмосферу при работе РД пока нет.

Вопросам разрушения озонового слоя Земли уделяется доста­точно большое внимание. Однако до сих пор действующих средств защиты озонового слоя от воздействия РН пока нет. Предложено компенсировать снижение концентрации озона в зоне прохождения РН с помощью специально разработанных озонаторов, либо устанавливаемых на борту РН, либо размещае­мых в атмосфере по траектории движения РН.

Технические пути решения проблемы загрязнения территорий

Для вновь разрабатываемых РН, рассчитываемых на длитель­ное использование, могут и должны быть найдены технические способы и средства сокращения числа и размеров районов паде­ния отделяющихся частей вплоть до их полного исключения. Применительно к РН традиционной ракетной схемы возможен ряд направлений исследований и проработок.

Первое - переход на двухступенчатые схемы РН с максималь­ным сокращением числа сбрасываемых в полете отделяющихся частей (например, створки головных обтекателей могут не сбра­сываться, а откидываться или сдвигаться и закрепляться на ниж­ней отработавшей ступени; хвостовые отсеки последующей сту­пени также могут отделяться совместно с отработавшей нижней ступенью и т. п.).

Второе - сокращение размеров районов падения по трассе пус­ка использованием специальных технических средств уменьшения рассеивания (СУР). В качестве СУР могут рассматриваться специ­альные алгоритмы работы системы управления носителем на ак­тивном участке, обеспечивающие сброс отделяющейся части по «функционалу попадания в заданный район», а также пассивные (аэродинамические) средства стабилизации отработавших сту­пеней на участке возвращения и активные средства стабилиза­ции отделившихся ступеней (реактивные сопла, работающие на специальном топливе, невыработанных остатках рабочего топлива или газов наддува и т.п.). Для сбрасываемых створок головных обтекателей может оказаться эффективным их разде­ление на «удобообтекаемые» фрагменты со смещенным цен­тром масс относительно центра давления либо выбор специ­альных конструкционных материалов, полностью сгорающих при входе в плотные слои атмосферы (в этом случае полностью исключается необходимость в районе падения створок обтека­телей).

Третье - сокращение числа районов падения отработавших ступеней при пусках по разным трассам использованием специ­альных технических средств управляемого возвращения (СУВ) либо пространственного маневра на участке работы второй сту­пени. При этом СУВ могут быть аналогичными аэродинамиче­ским или реактивным СУР, но с расширением их маневренных возможностей не только по дальности полета, но и по азимуту. В результате при пусках РН в некотором диапазоне азимутов (на­клонений орбит) может быть обеспечено приземление отработав­ших ступеней в одном «среднем» районе. Аналогичный эффект достигается, если трасса полета РН на участке работы первой сту­пени при запусках аппаратов на орбиты разных наклонений не­изменна и на ней выбирается район падения, а после отделения первой ступени вторая ступень пространственно маневрирует для выхода на орбиту с требуемым наклонением (отличным от «базового», соответствующего азимуту запуска).

Стратегия решения проблемы техногенного воздействия на районы падения по трассам пусков РН

Перечисленные мероприятия могут временно ослабить про­блему районов падения, но не позволяют решить ее кардинально. Для этого нужны принципиально новые технические решения. В рамках двухступенчатого носителя необходимым условием полного исключения районов падения (приземления) по трассе выведения, очевидно, является возврат первой ступени к месту старта.

Возвращаемая первая ступень может быть сконструирована как на ракетных, так и на авиационных принципах. В проектном плане возможны следующие три варианта:

1) возвращаемый ракетный блок вертикального старта, со­вершающий после отделения ракетодинамические маневры воз­врата и посадки;

2) крылатый возвращаемым ракетный корабль (ВРК) верти­кального старта, совершающий после отделения аэродинамиче­ский маневр разворота и обратный полет в крейсерском режиме с использованием воздушно-реактивных двигателей (ВРД) или в планирующем;

3) возвращаемый самолет-разгонщик горизонтального старта, оснащенный маршевыми ВРД, совершающий возврат аналогич­но ВРК.

Очевидно, что сроки и затраты на создание новой машины будут тем выше, чем больше новых технических решений и тех­нологий закладывается в ее проект. В этом смысле простая инже­нерная оценка, в частности, показывает, что варианты 1 и 3 прак­тически не имеют реализованных аналогов, а следовательно, в их проекты должна быть заложена существенная доля новых техни­ческих решений и технологий, в частности в варианте 1 - система ракетодинамического маневрирования, точного наведения и по­садки в условиях земной атмосферы; в варианте 3 - ВРД, рассчи­танные на разгон до больших сверхзвуковых (гиперзвуковых) скоростей полета. В отличие от этого в варианте 2 аналогом воз­вращаемого ракетного корабля вполне можно считать орбиталь­ный корабль (ОК) «Буран», который рассчитан на аварийный ма­невр возврата, сходный с номинальным режимом полета ВРК. Кроме того, на этапе создания ОК «Буран» отрабатывался вари­ант его возврата и посадки с использованием ВРД. Что касается экономичности при эксплуатации, то любой вариант РН с возвращаемой многоразовой первой ступенью обещает преимущества перед невозвращаемым, поскольку большая часть конструкции РН многократно используется при умеренной потере массы полезного груза от утяжеления первой ступени.

Двухступенчатый РН варианта 2 позволяет исключить паде­ние отработавшей первой ступени, а вторая ступень, несущая полезный груз, выводится на орбиту. Казалось бы, проблема зон падения решена, но это не совсем так. Нужно разобраться, так ли «безобидно» выведение второй ступени на орбиту ИСЗ. С од­ной стороны, отработавшие верхние ступени РН вносят сущест­венный «вклад» в проблему космического мусора, а с другой - они не всегда полностью «прекращают свое существование» при входе в плотные слои атмосферы: отдельные элементы конст­рукции не догорают в плазме аэродинамического нагрева и дос­тигают земной поверхности в практически непрогнозируемых точках.

Есть временный и кардинальный способы решения пробле­мы второй степени РН. Временный способ уже реализован на транспортных системах «Спейс-Шаттл» и «Энергия»-«Буран». Траектории выведения этих носителей построены так, что под­весной топливный бак («Спейс-Шаттл») и ракетный блок («Энергия» - «Буран») вторых ступеней прекращают работу не­задолго до выхода на орбиту ИСЗ и отделяются от орбитальных кораблей при таких кинематических параметрах движения, что в итоге при любых азимутах пуска падают в зоны, антиподные точкам старта, расположенные в акватории Мирового океана. Довыведение на рабочие орбиты обеспечивается бортовыми двигателями ОК. Если же ОК. не входит в состав носителя, как это возможно при выведении сверхтяжелых грузов с помощью РН «Энергия», то предусматривается использование специаль­ных ракетных блоков довыведения или собственной двигатель­ной установки выводимого космического аппарата.

Рассмотренный способ гарантирует фиксированные коорди­наты и минимальное число зон падения вторых (последних) ступеней РН, равное всего лишь числу стартовых позиций, что исключает эти ступени из космического мусора и решает про­блему непрогнозируемого падения элементов конструкции РН на Землю.



Полное же решение проблемы утилизации второй ступени можно обеспечить, как и для первой ступени, путем ее возврата с орбиты на Землю. Конструктивно такая ступень может выглядеть как орбитальный корабль системы «Спейс-Шаттл», хотя будет включать не только маршевую двигательную установку, но и баки с топливом второй ступени. Типичным примером двухступенча­того ракетного носителя без падающих элементов конструкции является проект МТКК «Шаттл-2». Наконец, возможно инте­гральное (идеальное) решение проблемы отделяющихся элемен­тов конструкции путем создания одноступенчатого полностью возвращаемого носителя. Однако создание эффективного РН с возвращаемой второй (орбитальной) ступенью (и тем более одноступенчатого) много­кратно сложнее, чем создание РН, использующего только первую возвращаемую ступень. В основном это объясняется тем, что вся­кое утяжеление орбитальной ступени впрямую «съедает» полез­ный груз носителя, а факторов утяжеления возвращаемой орби­тальной ступени по отношению к одноразовой более чем доста­точно: нужно обеспечить выведение с орбиты, точную посадку, управляемое движение при спуске и посадке, тепловую защиту конструкции от аэродинамического нагрева, предусмотреть тех­нические средства посадки и т.д. Все это приводит к возрастанию сухой массы возвращаемой ступени по сравнению с одноразовой ступенью не менее чем в 2...3 раза. С учетом увеличения объема заправки утяжеленной возвращаемой ступени по сравнению с од­норазовой для достижения эквивалентных энергетических воз­можностей следует увеличить массу возвращаемой ступени и, со­ответственно, размерности всего носителя. Очевидно, что чем больше потребный относительный запас топлива (отношение массы рабочего топлива к стартовой массе ступени), тем труднее его реализовать в натурном изделии, особенно при использова­нии «тяжелой» возвращаемой конструкции. Отсюда ясна, в част­ности, причина того, что еще совсем недавно считалась практиче­ски нереализуемой концепция одноступенчатого выведения на орбиту ИСЗ, для осуществления которого, например, на ракет­ных двигателях требуемый относительный запас топлива очень велик (приблизительно 0,9), т.е. на всю конструкцию, теплозащи­ту, бортовые системы, оборудование и полезный груз может быть «выделено» лишь около 10% стартовой массы одноступенчатой РН. Технология 50-70-х годов XX в. (характеристики материалов, ЖРД, элементной базы бортового оборудования и т.д.) не позво­ляла реализовать такие соотношения масс. Из сказанного следует фундаментальный вывод о возможно­сти создания эффективных, полностью возвращаемых носителей, не требующих выделения зон падения отделяющихся частей, только при существенном прогрессе в области перспективных технологий. В США реализован проект создания одноступенча­того национального аэрокосмического самолета. В проект зало­жены принципиально новая комбинированная многорежимная двигательная установка, включающая гиперзвуковой прямоточ­ный контур со сверхзвуковым горением, новые конструкционные материалы (алюминиды титана, композиты с металлической мат­рицей и др.), активно охлаждаемые конструкции и другие «супер­технологии».

Другим решением проблемы, связанной с техногенным воз­действием на окружающую среду на этапах стартового участка выведения КА на орбиту и проблемы сокращения районов паде­ния отделяющихся частей РН по трассам пусков, являются плаву­чие космодромы. Такой космодром создан и успешно эксплуати­руется. Плавучий космодром «Одиссей» состоит из гигантской полупогружной платформы (длиной 133 м, высотой 58 м и массой 65 тыс. т), судна управления Sea Launch Commander и судов обес­печения. Комплекс предназначен для коммерческого запуска спутников. Затраты на его строительство в 2 млрд долл. должны окупиться в течении трех лет с начала эксплуатации. Контрольные пакеты акций в международном консорциуме и собственно доходы распределены следующим образом: Boeing - 40%, «Энергия» -25%, Kvaerner - 20% и «Южмаш» - 15%. В качестве ракеты-носителя используются ракеты «Зенит-2» конструкции украин­ского НПО «Южное», при этом третью ступень «3eнит-3SL» раз­работало НПО «Энергия». В год планируется осуществлять 6 стар­тов, а в перспективе 8...10. Сам комплекс базируется у острова Вознесения, который рас­положен непосредственно в Тихом океане.



61. РАДИОАКТИВНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ЕГО ПОСЛЕДСТВИЯРадиоактивное загрязнение представляет особую опасность для человека и среды его обитания. Это связано с тем, что ионизирующая радиация ока­зывает интенсивное и постоянное пагубное воздействие на человека и живые организмы, обнаруживается только специальными приборами, а источники этой радиации широко распространены в окружающей среде. Радиоэкология как новое направление экологических исследований интенсивно развивает­ся в последние пятьдесят лет. Радиоактивность — самопроизвольный распад атомных ядер, приводящий к изменению их атомного номера или массового числа и сопровождающийся альфа-, бета- и гамма-излучениями. Альфа-из­лучение - поток тяжелых частиц, состоящий из протонов и нейтронов. Он задерживается листом бумаги и не способен проникнуть сквозь кожу челове­ка. Однако он становится чрезвычайно опасным, если попадает внутрь орга­низма. Бета-излучение обладает более высокой проникающей способностью и проходит в ткани человека на 1—2 см. Гамма-излучение может задерживать­ся лишь толстой свинцовой или бетонной плитой.

Процесс самопроизвольного распада нестабильного атома называется радиоактивным распадом, а сам атом — радионуклидом [8].

Отрицательное воздействие ионизирующей радиации на живые организ­мы стало известно с момента открытия радиоактивности, когда В. Груббе (помощник Р. Рентгена) и А. Беккерель получили радиационные ожоги кожи. В конце 1920-х годов была создана Международная комиссия по ра­диационной защите (МКРЗ), а в 1955 году в рамках ООН начал работать Научный комитет по действию атомной радиации (НКДАР). К настоящему времени по этим вопросам накоплен огромный объем разнообразной ин­формации. Значительный вклад в изучение действия радиоактивности на организм человека внесли исследования результатов атомной бомбардиров­ки японских городов Хиросима и Нагасаки в августе 1945 года [19].

Результаты этих исследований позволили выяснить дальние последствия воздействия интенсивной радиации на человека. Особое значение имели данные комплексных радиобиологических исследований на территории, подвергшейся влиянию аварии на Чернобыльской АЭС в апреле 1986 года.

Эту территорию сейчас рассматривают как уникальный полигон для изу­чения радиоактивного воздействия не только на человека, но и на биосферу в целом. Кроме того, большое количество сведений получено при анализе результатов применения лучевой терапии для лечения рака, при наблюде­ниях шахтеров и других лиц, работающих в загрязненных радионуклидами условиях [1].

Очень большие дозы облучения порядка 100 Гр вызывают настолько се­рьезное поражение центральной нервной системы, что смерть, как правило, наступает в течение нескольких часов или дней. При дозах облучения всего тела 10-50 Гр облученный человек обычно умирает через одну-две недели от кровоизлияний в желудочно-кишечном тракте [10,19]. При еще меньших дозах (1-3 Гр) смерть наступает через один-два месяца примерно у половины об­лученных, главным образом из-за разрушения клеток красного костного мозга. Кроме этих клеток и других элементов кроветворной системы повы­шенной чувствительностью к облучению отличаются репродуктивные органы и глаза. Однократное облучение семенников при дозе всего лишь в 0,1 Гр при­водит к временной стерильности мужчин, а дозы свыше 2 Гр могут привес­ти к постоянной стерильности. Наиболее уязвимой для радиации частью глаза является хрусталик. Выявлено, что дозы от 0,5 до 2 Гр, полученные в течение 10-20 лет, приводят к увеличению плотности и помутнению хру­сталика. Дети также крайне чувствительны к действию радиации. Относи­тельно небольшие дозы при облучении могут замедлить или вовсе остановить у них рост костей, а облучение мозга ребенка может вызвать изменения в его характере, привести к потере памяти или даже слабоумию, идиотии. Край­не чувствителен к ионизирующему облучению и мозг плода, особенно если.мать подвергается его действию между восьмой и пятнадцатой неделями бе­ременности.

Рак - наиболее серьезное из всех последствий облучения человека при малых дозах. Однако оценка риска заболеть раком в этих случаях не вполне надежна. Первыми в группе раковых заболеваний, поражающих население в результате облучения, стоят лейкозы, которые вызывают гибель людей в среднем через 10 лет после облучения. Широко распространены рак мо­лочной и щитовидной железы. Беспощадным убийцей является рак легких. Менее распространены рак костных тканей, пищевода, тонкой и прямой кишки, мочевого пузыря, поджелудочной железы и лимфатических тканей. Установлено, что число онкологических и других заболеваний, вызван­ных воздействием радиации, резко увеличивается в окружающей среде, заг­рязненной обычными токсикантами, что необходимо учитывать при радио­экологических исследованиях. Этот вывод подтверждают и данные наблюдений за курильщиками, подвергшимися воздействию ионизирующих излучений. По сравнению с некурящими смертность от радиации у них за­метно выше. Такие данные являются проявлением синергизма, когда воз­действие радиоактивного облучения резко усиливается другими неблагопри­ятными экологическими факторами. Получены данные, указывающие на наличие генетических последствий облучения, главным образом в виде хромосомных аберраций и мутаций в самих генах [10]. Радионуклиды разделяются на естественные, образовав­шиеся на начальном этапе эволюции Земли и в последующих геологических процессах, и искусственные, полученные человеком в атомных реакторах и других энергетических установках. Основную часть облучения (более 80% годовой эффективной эквивалентной дозы) население земного шара полу­чает от естественных источников радиации. Среди естественных радионук­лидов выделены четыре группы: долгоживущие уран-238, уран-235 (актино-уран), торий-232; короткоживущие радий, радон и другие радиоактивные элементы — дочерние продукты распада урана, актиноурана и тория; долго-живущие одиночные радиоактивные изотопы, не образующие семейств (ка-лий-40); радионуклиды, возникающие в атмосфере, гидросфере и земной коре в результате взаимодействия космических частиц с атомными ядрами вещества Земли (углерод-14, бериллий-7 и др.).

Уровни земной радиации неодинаковы в разных районах и зависят от кон­центрации радионуклидов вблизи поверхности. В океанах, морях и шельфах радиоактивные аномалии имеют площадной характер и приурочены главным образом к выходам «курильщиков» на морское дно. Наибольшая концентра­ция радона выявлена в Галапагосском рифте. В некоторых случаях наряду с ураном и радием в барите фиксируется торий (до 0,2%). Эти данные ука­зывают на глобальный масштаб современного глубинного привноса радиоак­тивных элементов в природные воды, что необходимо учитывать при оценке и прогнозе радиоактивной обстановки. Высокой радиоактивностью часто характеризуются угли, фосфориты, го­рючие сланцы, некоторые глины и пески, в том числе пляжные. Зоны повы­шенной радиоактивности распределены на территории России неравномерно.

Они известны как в европейской части, так и в Зауралье, на Полярном Ура­ле, в Западной Сибири, Прибайкалье, на Дальнем Востоке, Камчатке, Се­веро-Востоке.

Среди естественных радионуклидов наибольшее радиационно-генетичес-кое значение имеют радон и его дочерние продукты распада. Их вклад в суммарную дозу облучения на душу населения составляет более 50%. Ра­доновая проблема в настоящее время считается приоритетной в развитых странах и ей уделяется повышенное внимание. Опасность радона (период полураспада 3,823 суток) заключается в его широком распространении, высокой проникающей способности и миграционной подвижности, распа­де с образованием радия и других высокорадиоактивных продуктов. Радон не имеет цвета, запаха и считается «невидимым врагом», угрозой для мил­лионов жителей Западной Европы, Северной Америки.

В России радоновой проблеме начали уделять внимание лишь в после­дние годы [7]. Территория нашей страны в отношении радона слабо изуче­на. Полученная в предыдущие десятилетия информация позволяет утверж­дать, что и в Российской Федерации радон широко распространен как в приземном слое атмосферы, подпочвенном воздухе, так и в подземных водах, включая источники питьевого водоснабжения. По данным Санкт-Петербургского научно-исследовательского института радиационной гигиены, наибольшая концентрация радона и его дочерних продуктов распада в воздухе жилых помещений, зафиксированная в нашей стране, соответствует дозе воздействия на легкие человека 3—4 тысячи бэр в год, что превышает ПДК на 2—3 порядка. Предполагается, что вслед­ствие слабой изученности радоновой проблемы в России возможно выявле­ние высоких концентраций радона в жилых и производственных помещени­ях целого ряда регионов.

Основная часть природного радона на суше образуется при радиоактив­ных распадах урана и затем радия-226, накапливающихся в подземных водах активных тектонических узлов в результате разгрузки современных урансо-держащих флюидных потоков. Именно с дегазацией таких вод связано по­ступление радона в подпочвенный воздух и приземную атмосферу. Поэтому зоны интенсивного радононакопления могут иметь локальный характер, вследствие чего для их выявления необходимы специальные исследования. Высокие концентрации радона характерны для вулканических эманации, термальных и минеральных источников. В этом отношении высокой степенью обогащения ураном, радием и ра­доном характеризуются многие углеводородные залежи. Повышенная радио­активность Ухтинского нефтяного месторождения Печорской нефте-газонос-ной провинции известна с 1920-х годов. При разработке месторождений углеводородов создается реальная угроза радиоактивного загрязнения окружа­ющей среды различными путями и получения высокой дозы радиации произ­водственным персоналом. Общее радиоэкологическое воздействие нефтепро­мыслов на окружающую среду может превышать таковое АЭС в тысячи раз [20]. Кроме радона опасность представляет торон (радон-220), образующийся при радиоактивном распаде тория и имеющий период полураспада 55 с

Высокие (более 5 раз) торий-урановые отношения в природных почвах и горных породах характерны для ториеносных геологических структур Брази­лии (молодой вулкан Погус ди Калдас), Индии, Северного и Полярного Урала, Прибайкалья [20,21]. В Прибайкалье вклад торона в облучение на­селения составляет примерно 30% от вклада радона.

Суммарная р-активность приземного слоя атмосферы может заметно (более 10 раз) повыситься в результате стратосферных вторжений [23] при конвен­ции, турбулентном перемешивании и упорядоченной циркуляции. Каждый житель Земли в последние 50 лет подвергся облучению от ра­диоактивных осадков, вызванных ядерными взрывами в атмосфере в связи с испытаниями ядерного оружия. Максимальное количество этих испыта­ний имело место в 1954-1958 годах и в 1961-1962 годах. Существенная часть радионуклидов при этом выбрасывалась в атмосферу, быстро разносилась в ней на большие расстояния и в течение многих месяцев медленно опуска­лась на поверхность Земли. На вторые сутки после испытания водородной бомбы 12 августа 1953 года на Семипалатинском полигоне радиоактивное облако достигло Иркутска и оз. Байкал.

При процессах деления атомных ядер образуется более 20 радионуклидов с периодами полураспада от долей секунды до нескольких миллиардов лет. Средний возраст их существования около двух лет, и большинство коротко-живущих радионуклидов уже распалось. Основной вклад в эффективную эквивалентную дозу облучения населения от ядерных взрывов дают углерод-14, цезий-137, стронций-90 и цирконий-95 с периодами полураспада соот­ветственно 5730 лет, 30 лет, 30 лет и 64 сутки. В 1963 году коллективная среднегодовая доза, связанная с ядерными испытаниями, составляла около 7% дозы облучения от естественных источников, а в начале 1980-х годов уменьшилась до 1%. Основная масса радиоактивных осадков выпала в Се­верном полушарии, где проводилось большинство испытаний. Значительному радиоактивному загрязнению подвергся Мировой океан. Вследствие трансграничных переносов радиоактивные осадки могут выпасть в «неожиданных» местах, удаленных от ядерных полигонов на многие тыся­чи километров.

Второй антропогенный источник ионизирующего облучения населения - продукты функционирования объектов атомной энергетики. Хотя при нормальной работе АЭС выбросы радионуклидов в окружающую среду не­значительны, Чернобыльская авария 1986 года показала чрезвычайно высо­кую потенциальную опасность атомной энергетики.

Глобальный эффект радиоактивного загрязнения Чернобыля обусловлен тем, что при аварии радионуклиды были выброшены в стратосферу и уже в течение нескольких суток были зафиксированы в Западной Европе, затем в Японии, США и других странах [24].

При первом неконтролируемом взрыве на Чернобыльской АЭС в окру­жающую среду поступали очень опасные при попадании в организм челове­ка сильно радиоактивные «горячие частицы», представляющие собой тон­кодисперсные продукты конденсации, фрагменты графитовых стержней, других конструкций атомного реактора. Образовавшиеся радиоактивное облако накрыло огромную территорию. Общая площадь загрязнения в ре­зультате Чернобыльской аварии цезием-137 плотностью 1—5 Ки/км2 только на территории России в 1995 году составила около 50 000 км2.

«Горячие частицы» в атмосфере стали обнаруживаться сразу после испы­таний ядерного оружия. Выяснилось, что они перемещаются по воздуху на далекие расстояния, имеют глобальное распространение и чрезвычайно опас­ны ввиду трудности их обнаружения, очень высокой радиоактивности и спо­собности вызывать некроз и рак легких, других органов. В 40 км от Черно­быльской АЭС находилось до 109—10й «горячих частиц» на 1 км2. Трагедия ликвидаторов и наблюдателей Чернобыльской аварии заключалась в том, что этим частицам не придавалось должного внимания и вследствие этого не учитывалось массированное внутреннее облучение. «Горячие частицы» про­должают поступать в атмосферу в результате деятельности радиохимических заводов [21]. Важно знать, что население земного шара до сих пор вдыхает такие частицы.

Из продуктов деятельности АЭС особую опасность представляет тритий, накапливающийся в оборотной воде станции и поступающий затем в водо­ем-охладитель и гидрографическую сеть, бессточные водоемы, подземные воды, приземную атмосферу. Он распадается с образованием альфа-частиц (период его полураспада 3,82 суток), хорошо растворим в воде и интенсив­но испаряется с поверхности водоема-охладителя (туманы в холодное время года). Эффективных химических и других ловушек, способных удержать три­тий, пока не найдено. Поэтому тритий легко проникает в организм челове­ка (главным образом путем вдыхания загрязненного воздуха) и в окружаю­щую среду (фильтрация из водоема-охладителя, перенос воздушными потоками). Тритий, как и углерод-14, быстро включается в метаболичес­кий цикл, накапливается в половых органах, индуцируя генетические по­вреждения. Повышенные концентрации этого излучателя зафиксированы в природных средах многих АЭС. Например, на Белоярской АЭС имени И. В. Курчатова тритием обогащена торфяная залежь Ольховского болота, играющего роль природного барьера на пути миграции радионуклидов в от­крытую гидрографическую сеть.

В коммунальных условиях внешнее облучение может практически пол­ностью определяться радиоактивностью строительных материалов. К тако­вым относятся некоторые разновидности гранитов, пемзы, а также бетона, при производстве которого использовались глинозем, фосфогипс и каль­ций-силикатный шлак, обладающие довольно высокой удельной радиоак­тивностью. Отмечались случаи, когда в бетон попадали сильно радиоактив­ные вещества. В закрытых и непроветриваемых помещениях продукты распада урана и тория (в том числе радон) накапливаются и создают высо­кие уровни радиации. Уран и другие радионуклиды могут в значительных количествах выбра­сываться в атмосферу при работе ТЭЦ, котельных, автотранспорта. Это связано с тем, что угли, нефти иногда характеризуются повышенной ура-ноносностью. Площадь такого радиоактивного загрязнения может быть об­ширной.

В настоящее время радиационная обстановка в России определяется гло­бальным радиоактивным фоном, наличием загрязненных территорий вслед­ствие Чернобыльской (1986 г.) и Кыштымской (1957 г.) аварий, эксплуата­цией урановых месторождений, ядерного топливного цикла, судовых ядерно-энергетических установок, региональных хранилищ радиоактивных отходов, а также аномальными зонами ионизирующих излучений, связан­ных с земными (природными) источниками радионуклидов.

Динамика воздействия земных источников радиоактивного излучения на население определяется периодами полураспада естественных радионукли­дов и изменением во времени и пространстве размеров и контрастности аномальных радиационных зон в результате процессов привноса, выноса, миграции и отложения излучателей под влиянием природных и антропоген­ных факторов. Учет совместного действия вышеуказанных процессов связан с большими техническими и методическими трудностями. В таких случаях следует использовать выявленные закономерности поведения газообразных, жидких и твердофазных радионуклидов в многоэтажной системе ландшафта (приземная атмосфера, поверхностный сток и почвенно-растительный по­кров, зона аэрации и подземные воды). Радиоактивное загрязнение контролируется на уровне человека, пище­вой цепи и окружающей среды, экосистемы. Для этого разработаны специ­альные методы регистрации ионизирующих излучений и типы дозиметров [13,14,16—18]. Определяются как суммарная радиоактивность, так и от­дельные радионуклиды. Актуальность оценки содержания бета-излучающих радионуклидов показала Чернобыльская авария. В настоящее время выпус­каются удобные для пользования персональные дозиметры с цифровой ин­дикацией и сигнализацией, срабатывающей при достижении наперед за­данной величины дозы облучения. Такие карманные дозиметры позволяют не только лично выявлять дозу облучения. По вопросам радиационной за­щиты и неотложной помощи при радиационных авариях имеются пособия и справочники [1,11,13,14].

Максимально допустимые дозы облучения определяются согласно нормам радиационной безопасности [4], а удельная эффективная активность есте­ственных радионуклидов строительных материалов, удобрений — по ГОСТам [5, 8]. К основным проблемам обеспечения радиационной безопасности на современном уровне относятся оценки малых, но продолжительных доз об­лучения, вклада «горячих частиц» в эффективную дозу внутреннего облуче­ния, фактических уровней долговременного и сочетанного (внутреннего и внешнего) радиационного воздействия, синергетического эффекта, а также дальних последствий радиоактивного загрязнения. Актуальной задачей явля­ется выработка практических подходов к оценке степени опасности воздей­ствия трития, криптона-85, йода-129, плутония-239. Наиболее эффектив­ным путем борьбы с радиационной опасностью является ее предотвращение.

Для оценки радиационной обстановки на загрязненной территории име­ются нормативные документы [15], инструкции, методические указания [12,17,18] и нормы радиационной безопасности, разработанные в соответ­ствии с требованиями Федерального закона «О радиационной безопасности населения». В НРБ-96 установлены более жесткие ограничения на содер­жание радионуклидов в объектах окружающей среды по сравнению с НРБ-76/87. Применяются как наземные, так и дистанционные методы картиро­вания (аэро-автогамма-спектрометрия, пешеходная гамма-съемка и др.) загрязненных территорий, которые проводятся специализированными орга­низациями и подразделениями.

Для оценки и прогноза поступления радионуклидов в окружающую сре­ду от АЭС и других техногенных источников в развитых странах используется концепция экологического риска, разрабатываются и реализуются специаль­ные программы по обоснованию систем регионального радиоэкологическо­го контроля с последующей разработкой достоверных моделей миграции и отложения радионуклидов на контролируемых территориях. Необходимость выработки таких моделей связана с тем, что длительный привнес даже не­больших количеств радионуклидов в зону их устойчивого накопления может привести к сильному радиоактивному загрязнению. Целесообразен ретрос­пективный анализ последствий радиационного воздействия.

Проблемы воздействия радиации на население и радиоактивного загряз­нения окружающей среды имеют непосредственное отношение к социаль­но-экономическому развитию Российской Федерации и каждому человеку. Они предъявляют повышенные требования к профессиональной подготовке экологов и особенно лиц, занимающихся оценкой и прогнозом радиацион­ной обстановки, принятием практических мер по предотвращению радио­активного загрязнения территорий и ликвидации его последствий.



Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   9   10   11   12   13   14   15   16   ...   22


База данных защищена авторским правом ©ekollog.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал