3. Глобальні, або стратосферні випадання складаються із часток від декількох сотих до десятих часток мікрометра, що закидаються в стратосферу на висоту 1030 км. Звідти вони переносяться в тропосферу струминними плинами й циклональними вихрами або з повітряними масами через розриви в тропопаузі. У помірних широтах глобальні випадання з атмосферними опадами (вологі випадання) становлять 6070 % загальної суми радіоактивних випадань, інша їхня частина (3040 %) представлена сухими випаданнями. Глобальні випадання розподіляються по всій поверхні земної кулі.
Із глобальних випадань у водяний розчин переходить близько 50 % загальної кількості радіонуклідів, у водонерозчинній формі надходить до 95 % стронцію-90 і до 70 % цезію-137, у розчинній формі 30 % церію-144 і 40 % цирконію-95. З локальних і тропосферних випадань від атмосферних вибухів, представлених частками величиною до 20 мкм., у воді розчиняється до 30 % (в основному це радіонукліди йоду, цезію, стронцію, барію). [3, 22]
Кількість радіоактивних ізотопів, утворених при ядерних вибухах, що включаються в харчові ланцюжки, визначається не тільки тим, скільки їх випало з повітря, але також структурою екосистеми й особливостями біогеохімічних циклів. У цілому в малопродуктивних місцеперебуваннях значна частка опадів включається в харчові ланцюжки. В екосистемах з високою продуктивністю інтенсивність обміну речовин і більшою сорбуючою ємністю ґрунту або донних відкладень забезпечують таке розведення опадів, що в рослини вони попадають у відносно невеликій кількості. Радіоактивні опади (особливо стронцій-90 і цезій-137) доходять по харчовому ланцюжку до людини, але їхній зміст у тканинах організму людини ніколи не буває таким високим, як у тканинах тварин.
У результаті роботи реактора накопичуються продукти розподілу ядерного палива, продукти нейтронної активації й залишки вигорілого палива. Продукти розподілу утворюються переважно всередині тепловиділяючих елементів і там залишаються, вихід за межі оболонки цих об¢єктів мізерно малий для всіх радіонуклідів, крім тритію (через оболонки з нержавіючої сталі проникає близько 80 % тритію). До складу продуктів розподілу входять також інертні гази, летучі й нелетучі речовини. Всі вони є бета- і гамма-випромінювачами й мають періоди напіврозпаду від часток секунди так десятків років. Серед продуктів нейтронної активації також присутні радіонукліди різної сполуки й тривалості життя. Відпрацьовані тепловиділяючі об¢єкти витримують на території АЕС у спеціальних басейнах витримки для розпаду короткоживучих радіонуклідів, а потім відправляють на радіохімічні заводи для переробки. [24, 157]
При нормальній роботі АЕС надходження радіонуклідів у зовнішнє середовище не значне. Забруднення навколишнього середовища в результаті роботи радіохімічних заводів набагато серйозніше. Значний внесок у глобальне забруднення біосфери підприємствами ядерного паливного циклу (ЯТЦ) вносять вуглець-14, криптон-тритій і йод-129. Інші довгоживучі негазоподібні радіонукліди (стронцій-цезій-137, ізотопи трансуранових елементів), що надходять у навколишнє середовище з викидами підприємств ЯТЦ, розсіюються на обмеженій території, тобто створюють локальне забруднення.
Крім «планових» викидів, джерелом радіоактивного забруднення навколишнього середовища є аварії на ядерних реакторах. Основну небезпеку при цьому представляють продукти розподілу й нейтронної активації, що нагромадилися в активній зоні реактора. Умовою їхнього збереження усередині тепловиділяючих об¢єктів (твелів) є герметичність і достатнє охолодження твелів і кожуха. Перегрів палива й оплавлення активної зони реактора можуть відбутися лише в тому випадку, якщо кількість теплової енергії, виділюваної в процесі ядерної реакції, перевищить величину, яка знімається теплоносієм. Тоді теплоносій переходить у пару, що разом із хмарою газоподібних продуктів розподілу може привести до надлишкового тиску й вибуху. При руйнуванні захисного ковпака продукти розподілу й нейтронної активації разом з невигорілим паливом надійдуть у зовнішнє середовище й викличуть радіоактивне антропогенне забруднення природними радіонуклідами (торій-232, уран-238, 1-235, продукти їхнього розпаду, а також ка-40) може виникнути при витягу й переробці багатьох корисних копалин. У результаті цих процесів у біосфері зберігаються локальні ділянки з концентрацією радіонуклідів, які істотно перевищують природний радіоактивний фон. Такі ділянки відносять до розряду малоактивних забруднень. Однак участь у них довгоживучих природних радіонуклідів з дуже великим періодом напіврозпаду робить забруднення подібного роду небезпечними, оскільки вони можуть існувати практично нескінченно.
Подібна аномалія є постійним джерелом високоенергетичних короткоживучих радіонуклідів, серед яких особливу небезпеку представляють газоподібні ізотопи радію. Всі підприємства ядерного паливного циклу служать джерелами надходження радіонуклідів у навколишнє середовище, як у процесі виробництва, так і при їхньому зберіганні й похованні. Але основна кількість радіонуклідів надходить в атмосферу в процесі видобутку й переробки уранової руди, поділу ізотопів урану й виробництва ядерного палива. Локальне (у деяких випадках і глобальне) забруднення біосфери важкими природними радіонуклідами відбувається головним чином на першому етапі в процесі видобутку й переробки уранової руди. І хоча тут частка радіоактивного забруднення навколишнього середовища не перевищує 0,04 % забруднення, що дає повний ЯТЦ, саме видобуток і переробка радіоактивної сировини роблять загальний забруднюючий вплив на навколишнє середовище, з огляду на високу територіальну концентрацію виробництва.
1.2 Природні радіонукліди
Основним джерелом природних радіонуклідів у біосфері є видобуток, переробка й використання фосфатних добрив. Осадові фосфатні руди характеризуються високою концентрацією урану-238 і радіонуклідів його сімейства із середньою концентрацією 1500 Бк/кг і значно більше низькою концентрацією радіонуклідів сімейства торія-232. Залежно від типу вихідної сировини й технологічних особливостей його переробки в добриво можуть переходити практично весь уран-238 і певна частина радію-226, торія-228, торія-230, свинцю-210 і полонію-210. Концентрація цих радіонуклідів у всіх видах фосфорних добрив незалежно від розроблювальних родовищ трохи вище, ніж в орних ґрунтах. При виготовленні добрив концентрація радію-226 знижується майже у всіх видах продукції, одержуваної з фосфатної сировини, і, навпроти, концентрація урану-238, торія-232 і торія-228 збільшуються в подвійному суперфосфаті, амофосі й діамофосі, але не більш ніж у два рази.
Концентрація калію-40 у калійних добривах приблизно в десять разів перевищує його концентрацію в ґрунті. Зміст радіонуклідів уранового ряду у фосфоромістячих добривах різних країн світу варіюється в межах 702400 Бк/кг, а концентрація радіонуклідів торієвого ряду не перевищує 70 Бк/кг. У деяких країнах (США, Франція, Тайвань, Росія) відзначається збільшення змісту природних радіонуклідів в орних ґрунтах за рахунок тривалого використання фосфорних добрив.
Існує кілька шляхів впливу на людину природних радіонуклідів, що втримуються в добривах, але основним з них є внутрішнє опромінення, обумовлене споживанням сільськогосподарської продукції. І хоча за даними Наукового комітету ООН по дії атомної радіації, відносний внесок у додаткову дозу опромінення живих організмів від застосування добрив дуже малий і не перевищує 0,01 % сумарного природного радіоактивного фону, це не повинно виявитися причиною недооцінки зазначеного фактора у зв'язку з швидкоростучими темпами хімізації сільського господарства. [24, 159]
Систематичне застосування добрив приводить до збільшення концентрації природних радіонуклідів і у водоймах (воді, донних відкладеннях, водних організмах). Це обумовлено виносом природних радіонуклідів з водозбірних територій, що вдобрюються, як у розчиненому виді (з поверхневим і дренажним стоком), так і в нерозчиненому виді в результаті ерозії ґрунту.
Однією із причин підвищення радіоактивного фону в деяких районах є використання більш радіоактивних у порівнянні із ґрунтом геологічних порід як будівельного матеріалу (наприклад при підвищеному змісті урану-238, торія-232 і калію-40 у таких традиційних будівельних матеріалах, як будівельний камінь, пісок, гравій і ін. або матеріалах, зроблених з використанням промислових відходів).
Техногенне джерело збільшення природного радіоактивного фону дає більший внесок у дозу опромінення населення, ніж використання добрив або викиди природних радіонуклідів з летучою золою ТЕС.
В останню чверть XX ст. у десятки разів зросло споживання енергетичної сировини (вугілля, нафта, газ, торф), що супроводжується переміщенням на земну поверхню великої кількості деяких хімічних елементів, у тому числі радіологічно-значимих природних радіонуклідів. Близько 70 % вугілля, що добувається у світі, спалюється на ТЕС і приблизно 20 % у коксових печах. Концентрація природних радіонуклідів у природному куті, як правило, невисока й звичайно нижча, ніж у ґрунті. При спалюванні вугілля на ТЕС при температурі близько 1700 °С вуглець органічних сполук окисляється до чадного й вуглекислого газу, а мінеральні компоненти перетворюються в склоподібні частки золи. Частина важкої золи з неповністю згорілими органічними речовинами осідає на дно, створюючи так звану подову золу й шлаки. Більше дрібні частки становлять летучу золу й з потоками газів попадають в атмосферу. Кількість зольних викидів у середньому становить: на ТЕС США 8 % загальної кількості золи, Франції — близько 1 %, Італії — 5 %, Польщі — 20 %, Індії — 10 %, Росії — 10%. Найбільш дрібна фракція викидів частки золи субмікронного рівня. Саме такі частки максимально збагачені мікроелементами, у тому числі природними радіонуклідами. Ізотопи торія й калію плавляться, перемішуються з алюмосилікатними масами й входять у матриці твердих часток незалежно від їхнього розміру. Ізотопи урану утягуються в обидва ці процесів. Та частина урану, що входить у глинисті й інші мінерали, плавиться й залишається в складі осклованих часток золи, уран, пов'язаний з органічною речовиною, улетучивається, а потім конденсується на частках летучої золи у вигляді оксиду. Радій-226 як продукт розпаду урану-238 поводиться аналогічно. Радій-228 як продукт розпаду торія-232 в основному входить у матрицю летучої золи. [24, 165-168]