Текст книги "Большая Советская Энциклопедия (РА)"
Автор книги: Большая Советская Энциклопедия
Жанр:
Энциклопедии
сообщить о нарушении
Текущая страница: 19 (всего у книги 82 страниц)
Радиоактивность атмосферы
Радиоакти'вность атмосфе'ры, обусловлена присутствием в атмосфере радиоактивных газов и аэрозолей, попадающих в неё в результате процессов, происходящих в природе, и деятельности человека. Соответственно различают естественную и искусственную Р. а. Естественные радиоактивные газы являются изотопами радона: 222Rn – радон, 220Rn – торон, 219Rn – актинон, и образуются вследствие радиоактивного распада 238U, 232Th и 235U (см. Радиоактивные ряды). Они поступают в атмосферу с почвенным воздухом при обмене его с атмосферным (т. н. эксхаляция) или путём диффузии. При радиоактивном распаде изотопов Rn образуются аэрозольные продукты их распада (см. Радиоактивные аэрозоли), т.к. возникающие при этом химические элементы относятся к металлам и не летучи при обычных условиях (Po, Bi и др.). При этом 232Rn (период полураспада T1/2 = 3,8 сут) распространяется в пределах тропосферы, а его долгоживущие продукты распада 210Pb (RaD), 210Bi (RaE), 210Po (RaF) обнаружены в стратосфере. Содержание 222Rn в воздухе над океанами на 2 порядка ниже, чем над материками, а концентрация над земной поверхностью уменьшается примерно вдвое на каждый км высоты. Торон и актинон вследствие малого значения T1/2 (54 сек и 3,9 сек) присутствуют только у земной поверхности. Продукт распада торона 212Pb (ThB) с T1/2 =10,6 ч обнаруживается в нижней тропосфере. В воздухе над океанами 220Rn, 210Rn и их продукты распада практически отсутствуют.
Основная масса естественных радиоактивных изотопов 7Be, 10Be, 35S, 32P, 33P, 22Na, 14C, 3H), возникающих при взаимодействии космического излучения с ядрами атомов химических элементов, входящих в состав воздуха, образуется в стратосфере, где и отмечаются наибольшие их концентрации.
Искусственные радиоактивные аэрозоли образуются при ядерных взрывах. Через несколько десятков сек после взрыва они содержат ~ 100 различных радиоактивных изотопов; наиболее токсичными из них считаются 90Sr, 137Cs, 14C, 131I. Высота заброса в атмосферу радиоактивных аэрозолей зависит от мощности и высоты ядерного взрыва, а характер их распространения – от размеров частиц и от высоты заброса их в атмосферу. Наиболее крупные частицы (сотни мкм и выше) быстро выпадают из атмосферы, распространяясь всего на сотни км от места взрыва (локальные выпадения). Однако в случае взрывов мощных ядерных бомб (эквивалентных десяткам мегатонн тринитротолуола) они попадают в стратосферу и, прежде чем выпадут на поверхность Земли, могут пройти в атмосфере тысячи км. Мелкие аэрозоли (размером не более нескольких мкм), попавшие при взрыве в верхнюю тропосферу, обычно распространяются вдоль зонального пояса широт с запада на восток, а заброшенные в стратосферу выпадают на поверхность Земли в пределах всего полушария, а в некоторых случаях – в обоих полушариях, поэтому выпадения этих аэрозолей называются глобальными.
Основной механизм очищения атмосферы от радиоактивных аэрозолей – выпадение осадков (см. Радиоактивность осадков). Среднее время t пребывания радиоактивного аэрозоля в нижней тропосфере (до момента его выпадения на земную поверхность) порядка нескольких сут, а в верхней тропосфере 20—40 сут. Радиоактивные аэрозоли, попавшие в нижние слои стратосферы, имеют t порядка года и выше. Величина t растет с увеличением высоты заброса в стратосферу. Обычно бо'льшая часть радиоактивных продуктов деления остаётся в пределах того полушария, где проведён взрыв ядерной бомбы.
Концентрация продуктов деления в тропосфере растет с высотой. Особенно большой рост отмечается при переходе через тропопазу. В стратосфере максимум концентрации продуктов деления по измерениям до осени 1961 отмечался на высоте 19—23 км (примерно на той же высоте, что и слой максимальной концентрации нерадиоактивного аэрозоля). Радиоактивное загрязнение атмосферы от предприятий атомной промышленности имеет чаще всего локальный характер; однако 85Kr распределён по всей тропосфере.
Изучение распространения в атмосфере естественных радиоактивных аэрозолей, а также продуктов ядерных взрывов позволило получить некоторые характеристики физики атмосферы: скорость вымывания аэрозолей из атмосферы, оценку коэффициента макротурбулентной диффузии и скорости обмена между атмосферами полушарий, а также между стратосферой и тропосферой и т.д.
Лит.: Метеорология и атомная энергия, пер. с англ., под ред. Н. Л. Бызовой и К. П. Махонько, Л., 1971; Кароль И. Л., Радиоактивные изотопы и глобальный перенос в атмосфере, Л., 1972; Израэль Ю. А., Мирные ядерные взрывы и окружающая среда, Л., 1974.
С. Г. Малахов.
Радиоактивность вод
Радиоакти'вность вод, обусловлена присутствием в водах радиоактивных веществ, поступающих из атмосферы и вымываемых из почв и горных пород. В водах присутствуют как естественные радиоактивные изотопы (40K, 222Rn, 226Ra, 238U и др.), так и искусственные (в основном 90Sr, 90Y и 137Cs), возникшие вследствие ядерных взрывов. Содержание естественных радиоактивных веществ в водах в зависимости от их происхождения колеблется в значительной степени (см. табл.).
| Происхождение воды | Концентрация в 10-12кюри/л | |||
| 40K | 226Ra | 222Rn | 238U | |
| Подземные воды Источники и ручьи Речные воды Озёрные воды Морская вода | – – 8 13 300 | 4 (до 26) до 140 0,2 (до 0,8) 1 (до 8) 0,08 (до 45) | до 200 до 3—104 0,2—0,3 – – | 2,4 (до 40) до 4 0,2 (до 20) 3 0,7 |
Искусственные радиоактивные вещества в воды поступают вместе с осадками из атмосферы (см. Радиоактивность осадков). Так, в результате испытаний ядерного оружия концентрация 90Sr в природных водах до 1968 непрерывно возрастала, достигая в отдельных случаях 10 пкюри/л. Другой основной источник попадания искусственных радиоактивных веществ в водоёмы – сбросные воды предприятий по производству ядерного топлива.
Лит.: Белоусова И. М., Штуккенберг Ю. М., Естественная радиоактивность, М., 1961; Вопросы ядерной метеорологии. Сб. ст., М., 1962, с. 259—71; Радиоэкология водных организмов, [в. 1—2], Рига, 1972—73.
Г. А. Середа.
Радиоактивность горных пород
Радиоакти'вность го'рных поро'д, определяется содержанием в них радиоактивных элементов – членов радиоактивных рядов
, 
, 
и радиоактивного изотопа 
. Содержание др. радиоактивных изотопов (
, 
и др.) существенно не влияет на общую Р. г. п., так как скорость их радиоактивного распада крайне мала. Среднее содержание обоих изотопов урана в земной коре (до глубины 16 км) составляет около 2,5×10-4% (весовых), тория 1,3×10-3%, радиоактивного изотопа калия 0,029%. Кроме того, в горных породах присутствуют продукты распада радиоактивных элементов, которые иногда мигрируют в окружающие породы и образуют в земной коре струи подземных газов (Не, Ar и т.д.). В почвах накапливается Rn, имеющий радиогенное происхождение.
Среди изверженных горных пород наибольшей радиоактивностью обладают кислые (U – 3,5 ×10-4; Th – 1,8×10-3), наименьшей – ультраосновные породы (U – 3×10-7; Th – 5×10-7). В кристаллических горных породах радиоактивные элементы частично входят в состав акцессорных минералов,ортита,циркона,монацита,апатита, сфена и др., а также частично присутствуют в форме окислов, химически не связанных с определёнными минералами.
Содержание радиоактивных элементов в осадочных горных породах (U – 3,2×10-4; Th – 1,1×10-3) определяется их происхождением; максимальные концентрации в органогенных осадках обусловлены присутствием углерода органического происхождения, фосфатов и др. веществ, являющихся важными осадителями урана (напротив, хемогенные осадки – гипс, каменная соль – отличаются низкой радиоактивностью).
В почвах отношение Th к U значительно выше, чем в коренных (массивных) породах, что связано с накоплением Th в неразрушаемых остатках пород и миграцией легкоподвижного U.
В молодых глубоководных морских отложениях наблюдается значительное накопление иония (изотопа Th, члена радиоактивного ряда 
), в десятки раз большее по сравнению с равновесным его содержанием в уране. Это обусловлено химическими особенностями иония, благоприятствующими выпадению его из воды с осадками, в отличие от U, удерживающегося в растворе.
Кристаллические породы Луны (базальты, анортозиты) заметно обеднены радиоактивными элементами (U – 0,24×10-4, Th – 1,14×10-4), а породы Венеры характеризуются соотношениями U (2,2×10-4) и Th (6,5×10-4), близкими земным (каменные метеориты соответственно содержат U – 1,5×10-6 и Th – 4×10-6).
Английский геолог Дж. Джоли впервые (1905) обратил внимание на то, что Р. г. п. имеет важное значение как источник тепловой энергии Земли. Расчёты показали, что если бы концентрация радиоактивных элементов в объёме всей Земли была такой, как в её поверхностном слое, то суммарное количество тепла, образующегося в результате радиоактивного распада, в несколько десятков раз превышало бы потерю Землёй тепла путём излучения его в мировое пространство; из этого следовал вывод, что все радиоактивные элементы сосредоточены только в верхней зоне земной коры. Такое предположение получило частичное подтверждение в 1970-е гг. после измерения концентрации U и Th (10-6%) в образцах пород из мантии, извлечённых со дна океанов.
Норвежский учёный В. М. Гольдшмидт показал (1923—27), что содержание радиоактивных элементов в основном в верхней (гранитной) оболочке Земли связано с химическими особенностями силикатов (изоморфным вхождением U и Th в их структуру). Выплавление силикатной земной коры из мантии по принципу зонного плавления неизбежно приводит к обогащению коры U, Th и щелочными элементами.
В начальную стадию развития Земли выделение радиогенного тепла (см. Геотермика), по расчётным данным советского геофизика Е. А. Любимовой, было в 5 раз больше, чем в современную эпоху. Это было связано с большей Р. г. п. вследствие более высокого содержания радиоактивных элементов (главным образом 
и
), а также, вероятно, полностью исчезнувших трансурановых элементов. См. также Радиоактивные минералы.
Лит.: Любимов Е. А., Термика Земли и Луны, М., 1968: Баранов В. И., Титаева Н. А., Радиогеология, М., 1973; Тугаринов А. И., Общая геохимия, М., 1973.
А. Н. Тугаринов.
Радиоактивность осадков
Радиоакти'вность оса'дков, обусловлена захватом радиоактивных аэрозолей и газов из атмосферного воздуха частицами облаков и осадков. Кроме того, сама вода осадков содержит атомы радиоактивного 3H. Различают естественные и искусственные Р. о., обусловленные вымыванием из атмосферы соответственно естественных и искусственных аэрозолей и газов. Наибольший уровень радиоактивности приходится на короткоживущие продукты распада 222Rn: 218Po (RaA), 214Pb (RaB), 214Bi (RaC), 214Po (RaC’).
Вымыванне осадками – основной механизм очищения атмосферы от радиоактивных загрязнений. Распределение выпадении радиоактивных аэрозолей из атмосферы в региональных районах обычно соответствует распределению количества выпавших осадков. Захват радиоактивных аэрозолей происходит в основном в облаке за счёт конденсационных роста капель на радиоактивных пылинках как на ядрах конденсации и диффузионного захвата пылинок каплями. Захват радиоактивных частиц падающими дождевыми каплями и снежинками происходит главным образом под действием инерционных сил и конвективной диффузии. Концентрация радиоактивных аэрозолей в осадках зависит от вида осадков. Наибольшие её величины отмечаются в туманах и мороси.
С. Г. Малахов.
Радиоактивные аэрозоли
Радиоакти'вные аэрозо'ли, естествепные или искусственные аэрозолис радиоактивной дисперсной фазой.
Естественные Р. а. возникают в результате радиоактивного распада изотопов радона, выделяемых с поверхности почвы в атмосферу, а также при взаимодействии частиц космического излучения с ядрами атомов химических элементов, входящих в состав воздуха. Образующиеся при этом радиоактивные атомы оседают на частицах нерадиоактивной атмосферной пыли. С поверхности почвы ветром уносится в атмосферу и пыль, содержащая радиоактивные изотопы калия, урана, тория и др. Некоторое количество Р. а. попадает в атмосферу с космической пылью и метеоритами.
Искусственные Р. а., содержащие продукты деления и радиоактивные изотопы с наведённой активностью, образуются в определённом радиусе при взрыве ядерной бомбы, а также при технологических или аварийных выбросах на предприятиях атомной промышленности, на урановых шахтах и в обогатительных цехах (см. Радиоактивные отходы).
Состав Р. а. зависит от их происхождения и условий существования в атмосфере. См. ст. Радиоактивность атмосферыи лит. при ней.
Радиоактивные минералы
Радиоакти'вные минера'лы, минералы, содержащие природные радиоактивные элементы (долгоживущие изотопы радиоактивных рядов 238U, 235U и 232Th) в количествах, существенно превышающих величины их среднего содержания в земной коре (кларки). Известно около 250 Р. м., содержащих уран,торий либо оба эти элемента; радиевых минералов – достоверно не установлено. Разнообразие Р. м., принадлежащих к различным классам и группам, обусловлено нахождением урана в четырёх– и шестивалентных формах, изоморфизмом четырёхвалентного урана с Th, редкоземельными элементами (TR), Zr и Ca, а также изоморфизмом тория с TR цериевой подгруппы.
Различают Р. м., в которых уран (урановые минералы) или торий (ториевые минералы) присутствуют в виде основного компонента, и Р. м., в состав которых радиоактивные элементы входят в виде изоморфной примеси (уран– и/или торийсодержащие минералы). К р. м. не относятся минералы, содержащие механическую примесь Р. м. (минеральные смеси) или радиоактивные элементы в сорбированном виде.
Урановые минералы подразделяются на две группы. Одна объединяет минералы U4+ (всегда содержащие некоторое количество U6+), представленные окислом урана – уранинитомUO2 и его силикатом – коффинитом U (SiO4)1-x (OH)4x. Настуран (разновидность уранинита) и коффинит – главные промышленные минералы гидротермальных и экзогенных месторождений урана; уранинит, кроме того, встречается в пегматитах и альбититах. Порошковатые окислы (урановые черни) и гидроокислы урана образуют существенные скопления в зонах окисления различных урановых месторождений (см. Урановые руды). Титанаты урана (браннерит UTi2O6 и др.) известны в пегматитах, а также в некоторых гидротермальных месторождениях. Вторая группа объединяет минералы, содержащие U6+, – этогидроокислы (беккерелит 3UO3×3H2O?, кюрит 2PbO×5H2O3×5H2O), силикаты (уранофан Ca (H2O)2U2O4(SiO4)×3H2O, казолит Pb [UO2][SiO4]×H2O), фосфаты (отенит Ca [UO2]2[PO4]2×8H2O, торбернит Cu [UO2]2[PO4]2×12H2O), арсенаты (цейнерит Cu [UO2]2[HSO4]2×12H2O), ванадаты (карнотит K2[UO2][VO4]2×3H2O), молибдаты (иригинит), сульфаты (уранопилит), карбонаты (ураноталит); все они распространены в зонах окисления урановых месторождений.
Ториевые минералы – окисел (торианит ThO2) и силикат (торит ThSiO4) – менее распространены в природе. Они встречаются в качестве акцессорных минералов в гранитах, сиенитах и пегматитах; иногда образуют существенные концентрации в различных россыпях (см. Ториевые руды).
Уран– и/или торийсодержащие минералы – титанаты (давидит), титанотанталниобаты (самарскит,колумбит,пирохлор), фосфаты (монацит), силикаты (циркон) – большей частью рассеяны в изверженных и осадочных горных породах, обусловливая их естественную радиоактивность (см. Радиоактивность горных пород). Лишь небольшая часть из них (давидит, монацит) образует существенные концентрации и является источником получения урана и тория. В радийсодержащем барите предполагается изоморфное замещение бария радием.
Для многих Р. м. характерно метамиктное состояние (см. Метамиктные минералы). Включения Р. м. в зёрнах др. минералов сопровождаются ореолами радиационных нарушений (плеохроичные ореолы и др.). Специфической особенностью Р. м. является также способность к образованию авторадиограмм (см. Авторадиография). Накопление в Р. м. стабильных изотопов с постоянной скоростью позволяет использовать их для определения абсолютного возраста геологических образований (см. Геохронология).
Лит.: Гецева Р. В., Савельева К. Т., Руководство по определению урановых минералов, М., 1956; Соболева М. В., Пудевкина И. А., Минералы урана, М., 1957; Торий, его сырьевые ресурсы, химия и технология, М., 1960; Хейнрих Э. У., Минералогия и геология радиоактивного минерального сырья, пер. с англ., М., 1962; Минералы. Справочник, т. 2, в. 3, М., 1967: то же, т. 3, в. 1, М., 1972; Бурьянова Е. З., Определитель минералов урана и тория, 2 изд., М., 1972.
Б. В. Бродин.
Радиоактивные отходы
Радиоакти'вные отхо'ды, жидкие, твёрдые и газообразные отходы, содержащие радиоактивные изотопы (РИ) в концентрациях, превышающих нормы, утвержденные в масштабе данной страны.
Жидкие Р. о. образуются в процессе эксплуатации атомных электростанций (АЭС), регенерации ядерного горючего из отработанных тепловыделяющих элементов, использования различных источников радиоактивных излучений в науке, технике и медицине. В СССР закон запрещает сброс Р. о. в открытую гидросеть во всех случаях, когда концентрация РИ в них превышает среднегодовую допустимую концентрацию (СДК). СДК установлены с таким расчётом, чтобы контакт с веществами, содержащими РИ, не оказывал вредного воздействия на человеческий организм и окружающую среду (см. Радиоактивное загрязнение). Поэтому все Р. о. в СССР подвергаются очистке с доведением содержания радиоизотопов до СДК или надёжному вечному захоронению.
Жидкие Р. о. по своей активности делятся на 3 категории: низкого уровня активности, удельная активность которых не превышает 10-5кюри/л, среднего уровня – от 10-5 до 1 кюри/л и высокоактивные отходы – выше 1 кюри/л. Свыше 99,9% всей возникающей в процессе эксплуатации АЭС активности при регенерации ядерного горючего переходят в жидкие высокоактивные отходы, которые после концентрирования до небольших объёмов захораниваются в герметичных, как правило, подземных ёмкостях из нержавеющей стали, что исключает проникновение Р. о. в окружающую среду. Кроме того, во всех странах, обладающих атомной промышленностью, ведутся исследования по дальнейшему повышению безопасности захоронения высокоактивных отходов путём перевода их в твёрдые нерастворимые в воде формы. Жидкие отходы низкого уровня активности, т. н. нетехнологические отходы, образующиеся за счёт обмывки помещений и при стирке спецодежды, после тщательной очистки от РИ методами коагуляции и ионного обмена либо дистилляцией направляются в производство для повторного использования или могут сбрасываться в канализацию. Извлечённые из этих отходов РИ, сконцентрированные в шламах или кубовых остатках (~ 0,5% от исходного объёма), представляют собой отходы среднего уровня активности и поэтому хранятся в стальных ёмкостях. Разрабатываются методы перевода этих концентратов в твёрдые формы путём включения их в битум или др. материалы, обладающие высокими гидроизолирующими свойствами.
К твёрдым Р. о. относятся не поддающиеся отмывке загрязнённые материалы, использованная спецодежда и др. Всё это переносится для вечного захоронения в бетонные траншеи и, как правило, заливается цементом.
На объектах атомной промышленности и АЭС, кроме жидких и твёрдых отходов, возможны выбросы, содержащие летучие соединения РИ или сами РИ, такие как 131I, 129I, 85Kr, а также образование радиоактивных аэрозолей. Все эти выбросы проходят специальную очистную систему и затем удаляются в атмосферу через вентиляционную трубу. Общее количество РИ после очистной системы не должна превышать величину предельно допустимых выбросов, установленную для данного объекта с учётом преобладающих ветров, рельефа местности, характера растительности. Высота вентиляционной трубы (обычно 100—150 м) определяется из такого расчёта, чтобы к моменту, когда РИ из газовых выбросов попадут в приземные слои атмосферы, они были бы разбавлены до пределов, исключающих даже следовое воздействие на человеческий организм (как непосредственно, так и косвенно – через растительность и почву).
См. лит. при статьях Радиоактивных веществ токсичность,Радиационная безопасность,Радиохимическая лаборатория,Атомная электростанция и др.
Б. С. Колычев.
Радиоактивные препараты
Радиоакти'вные препара'ты (медицинские), предназначены для радиоизотопной диагностики заболеваний и лучевой терапии опухолей. Р. п. представляют собой радиоактивные изотопы или их соединения с различными неорганическими или органическими веществами. Из нескольких сотен природных или искусственных радиоактивных изотопов для диагностических целей применяются те, которые при введении в организм участвуют в исследуемых видах обмена веществ или изучаемой деятельности органов и систем. Эти Р. п. имеют короткий эффективный период полураспада, что обусловливает незначительную лучевую нагрузку на организм обследуемого, и характеризуются видом и энергией излучения (бета– или гамма-излучение), которые могут быть зарегистрированы методами радиометрии. Наиболее широко применяются различные соединения 99MTc (диагностика опухолей головного мозга, изучение центральной и периферической гемодинамики и др.), 131I и его соединения (исследования йодного обмена, функции почек, печени и др.), 111In и 113In (исследование печени и др.), коллоидные растворы и макроагрегаты 99MTc, 198Au, 131I, 111In и др. (исследование лёгких, печени, головного мозга и др.), газообразные Р. п. – 133Xe, 85Kr, 15O и др. (исследование функции лёгких, центральной и периферической гемодинамики и др.).
Основной принцип выбора Р. п., предназначенных для лучевой терапии злокачественных опухолей, — возможность создания лечебной дозы ионизирующего излучения в очаге поражения при максимальном щажении окружающих тканей. Это достигается путём применения Р. п. в различных агрегатных состояниях (истинные и коллоидные растворы, суспензии, гранулы, стержни, иглы, бусы, проволока, аппликационные повязки и др.) и использованием изотопов, обладающих оптимальными радиофизическими характеристиками (вид и энергия излучения). В клинической практике применяют растворы Na131I для лечения иодпоглощающих метастазов злокачественных опухолей щитовидной железы, коллоиды и суспензии 90Y, 198Au, 32P и др. для внутритканевой и внутриполостной лучевой терапии опухолей; гранулы, стержни, бусы, иглы (содержащие 90Y, 60Co, 192Ir п др.) при лечении опухолей женских половых органов, рака слизистой оболочки рта и лёгкого, опухолей головного мозга и др.
В. З. Агранат, Ф. М. Лясс.
