Сборник учебных программ по повышению квалификации персонала

Программа курса
Экологическая радиохимия

Проф. Бекман И. И.
(до 36 учебных часов)

В курсе рассмотрена проблема оценки интегрального экологического риска, связанного с использованием радионуклидов и ионизирующих излучений. Основное внимание уделено описанию источников и путей поступления природных и техногенных радионуклидов в среду обитания, мониторингу радионуклидов и процессам миграции радионуклидов в окружающей среде. Дана концепция радонозащищенного жилища, способы оценки дозовых нагрузок на человека, население, популляцию и обсуждены медико-биологические и социальные последствия облучения. В заключительной части курса методы полевой радиоэкологии продемонстрированы на примере результатов экспедиций кафедры радиохимии МГУ экологической направленности.
1.Экология, защита окружающей среды и безопасность жизнедеятельности, экологическая химия, радиоэкология, экологическая ра диохимия.
Экологическая радиохимия - наука об использовании идей и методов радиохимии в области охраны окружающей среды. Основные направления: изучение влияние ионизирующей радиации на химические и микробиологические процессы в окружающей среде, использование радионуклидов для изучения структуры и динамики атмосферы и гидросферы, качественный и количественный анализ радионуклидов в различных компонентах экосистемы, определение величины радиационной нагрузки на биоту и человека.
2.Источники и пути поступления природных и техногенных радионуклидов в среду обитания.
Природная радиоактивность.
Предприятия ядерно-топливного цикла.
Природные и реакторные радиоактивные семейства. Радиотоксичность природных радиоактивных семейств для закрытых равновесных систем и открытых неравновесных. Эквивалентность радиотоксичности долгоживущих радиоактивных отходов радиотоксичности урановых и ториевых руд.
3. Интегральный экологический риск.
Экологическая экспертиза: основные компоненты.
Алгоритмы оценки экологического риска, связанного с радионуклидами и другими источниками ионизирующих излучений. Этапы расчета риска: источник (мощность и степень открытости) - дисперсия (падение мощности источника из-за потерь радионуклидов в ходе миграции в окружающую среду) - экспозиция (доза поглощенного ионизирующего излучения) - последствия облучения. Основные подходы к оценке соотношения доза-эффект. Дополнительный риск раковых заболеваний.
Риски альтернативных вариантов ядерного топливного цикла.
Риск от атомных источников энергии в космосе.
Экологический риск от ядерных испытаний оружия и подземных ядерных взрывов.
4. Новые энерго- и ресурсосберегающие малоотходные и безопасные химико-технологические системы для предприятий ядерно-топливного цикла и установок термоядерного синтеза. Системы безопасности АЭС и радиохимических производств.
5.Интегрированные и гибридные устройства для систем переработки и очистки промышленных сбросов атомных электростанций.
6. Экологические проблемы переработки и захоронения радионуклидов.
Масштабы образования радиоактивных отходов. Жидкие и твердые радиоактивные отходы АЭС. Проблема отработанного ядерного топлива. Радиохимическая переработка отходов. Уничтожение отходов ядерным взрывом и трансмутация.
Проблема оружейного плутония.
7. Аварии на предприятиях ядерно-топливного цикла и ликвидация их последствий.
Реестр катастроф.
Чернобыльская катастрофа. Масштабы радиоактивного выброса. Радиоактивное загрязнение территории. Влияние чернобыльской катастрофы на здоровье человека и на природу. Цена и уроки Чернобыля.
8. Мониторинг радионуклидов в окружающей среде.
Модификация традиционных методов анализа при определении токсинов в природных средах. Методы отбора проб грунта, почв, вод и воздуха, а также биологических объектов. Особенности радиохимического и радиометрического анализа проб. Прямые методы радиометрии. Методы извлечения из природных сред и концентрирования радионуклидов. Комплекты полевой и стационарной радиометрической аппаратуры.
9.Миграция радионуклидов в окружающей среде и проблема трансграничного переноса.
Мобильность актиноидов в биосфере.
Модели миграции радионуклидов в окружающей среде при благоприятных геологических и метеорологических условиях.
Перенос радиоактивности в атмосфере. Распространение облака радиоактивных аэрозолей: влияние высоты и природы выброса радиоактивности, атмосферных условий и скорости ветра. Дисперсия и выделение радионуклидов из облака.
Хранилище отходов радионуклидов как источник техногенных радионуклидов. Факторы, определяющие степень открытости источника: утечка грунтовых вод (гидросфера), строение области захоронения (геохимия), способ упаковки отходов. Пути переноса радионуклидов из хранилища в биосферу: утечка в падину, где существует родник или источник, утечка в озеро, утечка в море вблизи берега.Выбросы радона в окружающую среду.
Перенос радионуклидов в земле: задержка во времени между выбросом и поступлением в биосферу.
Поступление радионуклидов из атмосферы в организм человека.
10. Загрязнение экосистем радионуклидами: генерирование и распространение эковозмущений
Масштабы радиоактивного загрязнения сред работающими АЭС. Радионуклиды: криптион-85, тритий, радиоуглерод и радиоиод. Плутониевая опасность.
11. Создание и оптимизация радонозащищенных жилищ.
12. Радионуклидная диагностика динамики и структуры атмосферы.
13. Дозовые нагрузки на человека, население, популяцию и ее медико-биологические и социальные последствия
Влияние радиации на развитие плода, взрослый организм. Нормы радиационной безопасности.
14. Мониторинг иммунного статуса населения и методы иммунокоррекции.
15. Практика морских радиоэкологических экспедиций.
Работы на борту научно-исследовательского судна в ходе рейса.
Непрерывное измерение (по ходу судна, на стоянках и в дрейфе)
радиоактивности морской воды. Измерение общей активности приповерхностного слоя морской воды по маршруту экспедиции (подкиле-вой детектор, периодический отбор проб воды с последующим концентрированием радионуклидов). Определение характера статистических характеристик природных радиационных "шумов" (построение автокорреляционных функций, анализ с помощью карты Пирсона, Фликер-спектроскопия). Определение характера перемешивания речной и морской воды в заливах.
Непрерывное измерение активности приводного слоя воздуха мачтовым детектором. Измерение характера изменения общей активности приповерхностного слоя воздуха по маршруту экспедиции. Определение характера статистических характеристик природных радиационных "шумов" (построение автокорреляционной функции, анализ с помощью карты Пирсона, Фликер-спектроскопия).
Одновременное использование показаний подкилевого и мачтового детекторов гамма-излучения. Построение взаимокорреляционных функций. Поиск периодических процессов и выделение отдельных редких событий. Определение характера перераспределения радионуклидов между морской водой и приповерхностным слоем воздуха.
Снятие гамма-спектров морской воды и грунта в режиме "бесконечного источника" с помощью погружаемого детектора, буксируемого за судном. Определение содержания К-40, Ra и Th в морской воде. Проведение подводной радоновой съемки (поиск подводных грязевых вулканов, гейзеров, геологических разломов с выходом радона и месторождений природного газа.)
Фильтрация морского воздуха через петряновский фильтр. Измерения: гамма-спектры фильтров и их изменения во времени. Кривые распада альфа-активности фильтра, кривые распада бета-активности фильтра. Измерение изменений радиоактивности аэрозолей по ходу судна. Определение концентраций в воздухе RaA, RaB и RaC. Использование сдвигов равновесия в ряду "активного налета" (нормальный и аномальный) для определения возраста аэрозолей, расчета коэффициента турбулентной диффузии аэрозолей, а так же для анализа структуры и динамики приводного слоя атмосферы.
Фильтрация морского воздуха через импактор (набор ядерных фильтров с последовательно уменьшающимся диаметром пор и последним непористым фильтром (мембраной)). Определение функцитй распределения аэрозолей по размерам. Анализ характера распределения активности воздуха по размерному спектру аэрозолей. Определение концентрации собственно радона-222 в воздухе.
Отбор проб ила землечерпалкой и пробоотборником. Измерение альфа-, бета- и гамма-активности грунта, снятие гамма-спектра грунта. Проведение качественного и количественного анализа радиоактивности грунта. Определение характера распределения радионуклидов по толщине слоя грунта.
Погружение аквалангистов с отбором камней, минералов, представителей подводной флоры и фауны. Качественный и количественный анализ радионуклидов в типичных представителях живой и неживой природы.
Определение содержания тяжелых радиоактивных благородных газов в морской воде с помощью погружаемого мембрано-экстракционного датчика. Определение концентрации радона в различных регионах мирового океана и на различных глубинах, в том числе - на грунте.
Отбор проб морской воды с помощью батометра (различные глубины) и пожарной помпы (отбор проб приповерхностного слоя морской воды).
Извлечение, концентрирование и очистка различных радионуклидов и стабильных веществ методами макро-, микро- и ультрафильрации, флотации, соосаждения, адсорбции на гранулированных и волоконных (пленарных) адсорбентах, экстракции, ионно-обменной хроматографии (устройство РАПАН) и мембранной технологии. Измерение солености воды, определение растворенного сероводорода, углекислого газа и бария (для радия). Анализ на Cs-137, Sr-89, Sr-90 и К-40. Анализ на Ra-226 и Ри-229.
Использование трековой авторадиографии для анализа проб воды, грунта и аэрозолей. Качественный и количественный анализ альфа-из-лучающих радионуклидов в иле, грунте, морской воде и аэрозолях.
Использование устройства эманирующий препарат-детектор для измерения интенсивности и направления струйных морских течений. Определение величины локальных горизонтальных и вертикальных составляющих морских течений на больших глубинах.
16. Математическое и программное обеспечение обработки и интерпретации результатов экспедиций радиоэкологической направленности.
Математическое моделирование процессов миграции радона и продуктов его распада в атмосфере: учет процессов турбулентной диффузии, адвекции, изменений во времени температуры, давления и влажности воздуха, сорбции-десорбции радионуклидов на аэрозолях, выпадения осадков, процессов накопления и распада радионуклидов.
Математическое моделирование автоволновых процессов в массо-переносе радионуклидов: возникновение и эволюция неравномерного загрязнения радионуклидами пересеченной местности.
Применение идей геометрии фракталов к расчету пространственно-временного распределения радионуклидов.
Обратные задачи диффузии: локализация источников радионуклидов, анализ структуры и динамики атмосферы.
Обратные задачи радиометрии: восстановление пространственного распределения источников радиоактивного излучения в однородной неограниченной среде.
Программное обеспечение эманационной морской георазведки. Локальное эманирование в гетерогенных средах. Возникновение радий-радоновых и торий-тороновых аномалий.
Компьютерная обработка гамма-спектров воды, почв и аэрозолей. Восстановление истинной формы спектра (учет эффекта Комптона), разрешение сложных энергетических спектров. Идентификация радионуклидов и расчет их количеств. Обработка сложных кривых распада и накопления. Определение характера и величины сдвига радиоактивного равновесия.
Статистический анализ результатов. Фликер-спектроскопия, карта Пирсона в определении типа распределения, анализ автокорреляционных функций радиоактивности воздух - вода, вода - грунт и др.
Математическое моделирование основных эффектов влияния ра-дионуклидного загрязнения на природные экосистемы и мегаполисы. Автоволны в экологических системах с загрязнением. Модель изолированной популяции в условиях фонового загрязнения и модель типа "жертва - хищник" в условиях кратковременного локального выброса токсичного вещества. Волны вымирания.
17. Экспедиции кафедры радиохимии МГУ экологической направленности.
Сухопутные экспедиции: Горный Алтай, Саяны и п. Камчатка - радоновые источники, эманационная георазведка, определение радионуклидов в геотермальных водах и выбросах вулканов.
Поверхностные воды суши: оз. Байкал - мониторинг радионуклидов, выпавших в ходе испытания ядерного оружия Китаем; р. Волга - Кама, Волга-Дон - состояние и миграция техногенных радионуклидов.
Морские экспедиции: Белое и Баренцево моря - мониторинг природных и техногенных радионуклидов, изучение динамики массопере-носа в системе Белое - Баренцево моря. Каспийское море: мониторинг радионуклидов в выбросах природного и попутного "нефтяного" газа, радиоизотопная съемка залива Кара-Бугаз, составление баланса радионуклидов в Каспийском море. Азовское море: диагностика черных песков и других источников торона, обнаружение и локализация подводных гейзеров, радоновая и тороновая съемка морского дна и пляжей, баланс радионуклидов в Азовском море, учет реальной радиационной обстановки при создании проекта развития окрестностей г. Мариуполя, как курортной зоны, состояние радионуклидов в переходной зоне Дон - Азовское море и в Керченском проливе. Черное море: анализ статистических флуктуации радиационного поля, состояние радионуклидов в морской воде и приводном слое воздуха, мониторинг радионуклидов чернобыльского происхождения, динамика обмена радионуклидами на границе раздела морской и пресной воды, поступления радионуклидов по рекам Дунай, Буг, Днепр, Риони, по проливам Босфор и Дарданеллы, баланс радионуклидов в Черном море, прогноз развития радиационной ситуации и дозовой нагрузки на население в регионе Черного моря, загрязнение радионуклидами пляжей Болгарии. Восточная часть Средиземного моря: мониторинг природных и техногенных радионуклидов.
18. Новые эффекты в морских регионах, обнаруженные в ходе морских экспедиций кафедры радиохимии МГУ.
Влияние радиации на возникновение, топологию и распространение "волн смерти" в экологических популяциях. "Горячие частицы" в атмосфере Черного моря как результат выброса частиц ядерного топлива при Чернобыльской аварии. Перевод "захороненного" в иле Днепро - Бугского лимана плутония, находящегося в виде нерастворимых сульфидов, в биологически подвижную форму, как результат деятельности сульфидредуцирующих бактерий. Вынос радионуклидов из Черного моря через пролив Босфор, оседание их в Мраморном море и возвращение обратно в Черное море подводным течением.

Литература:
1. Ф. Ран, А. Адамантиас и др. Справочник по ядерной энерготехно логии. М.: Энергоиздат, 1989.
2. А. В. Яблоков. Атомная мифология: заметки эколога об атомной индустрии. М.: Наука, 1997.
3. Д. А. Криволуцкий и др. Действие ионизирующих излучений на биогеоценоз. М.: Наука, 1988.
4. Ю. А. Израэль, Ф. Я. Ровинский, Ф. Я. Черханов. Мониторинг фо нового загрязнения природных сред. Л.: Гидрометиздат, 1984.
5. И. В. Петрянов, А. Г. Сутугин. Вездесущие аэрозоли. М.: Знание, 1990.
6. М. Харуэлл, Т. Хатчисон. Последствия ядерной войны. Воздейст вие на экологию и сельское хозяйство. М.: Мир, 1988.
7. Ю. В. Чечеткин, Е. К. Якшин, В. М. Ещеркин. Очистка радиоактив ных газообразных отходов АЭС. М.: Энергоатомиздат, 1986.
8. В. В. Королев. Системы управления и защиты АЭС. М.: Энерго атомиздат, 1986.
9. Л. А. Булдаков и др. Радиационная безопасность в атомной энер гетике АЭС. М.: Энергоатомиздат, 1981.
10. Н. С. Бабаев и др. Ядерная энергетика, человек и окружающая среда АЭС. М.: Энергоатомиздат, 1984.
11. Р.М.Алексахин. Ядерная энергия и биосфера. АЭС. М.: Энерго атомиздат, 1982.
12. Ю.В.Чечеткин и др. Радиационная безопасность АЭС с быстрым ре актором и натриевым теплоносителем. АЭС. М.: Энергоатомиздат, 1983.
13. Допустимые выбросы радиоактивных и вредных химических ве ществ в приземной слой атмосферы. /Под ред. С. Н.Северовского/. М.: Атомиздат, 1980.
14. В. Балек Обращение с радиоактивными отходами. - МАГАТЭ, 1995.