Химия окружающей среды
Информация - Экология
Другие материалы по предмету Экология
тельность жизни радиоактивного изотопа iитается по формуле:
по истечении которого активность радиоактивного изотопа уменьшиться в раз (т.е. до 37%).
Величину полураспада используют для определения доли нераспавшегося радиоактивного изотопа по отношению к первоначальному через интервал времени t:
, где .
Пути попадания радионуклидов в окружающую среду
Естественные радионуклиды
Нуклид - это вид атомов с определенным числом протонов и нейтронов в ядре. Если ядра атомов нуклида радиоактивны, то его называют радионуклидом. Многие естественные радионуклиды имеют земное происхождение (их называют терригенными). В настоящее время на Земле сохранилось 23 долгоживущих радиоактивных элемента. Физические характеристики некоторых из них представлены в таблице:
Радиоактивные изотопы, изначально присутствующие на Земле.РадионуклидВесовое
содержание в
земной кореПериод
полураспада,
лет:Тип распада:Уран-2383*10-64.5*109-распадТорий-2328*10-61.4*1010-распад, -распадКалий-403*10-161.3*109(- распад, -распадВанадий-504.5*10-75*1014-распадРубидий-878.4*10-54.7*1010-распадИндий-1151*10-76*1014-распадЛантан-1381.6*10-81.1*1011-распад, -распадСамарий-1471.2*10-61.2*1011-распадЛютеций-1763*10-82.1*1010-распад, -распад
Однако существуют и естественные радионуклиды, образующиеся под действием постоянно попадающего на Землю космического излучения, поступающего как из глубин космоса, так и от Солнца. Эти радионуклиды называют космогенными. В состав первичного космического излучения входят протоны высоких энергий и ядра некоторых легких элементов. При взаимодействии этого космического излучения с ядрами атомов, присутствующими в атмосфере Земли, протекает множество ядерных реакций. Это так называемое вторичное космическое излучение, достигающее поверхности Земли. Так с участием нейтронов вторичного космического излучения и ядер N возникают радиоактивные ядра 14С ( = 5730 лет):
14N + n1 = C14 + p1[14N (n, p) 14C] (Вредные вещества в промышленности 2 стр. 558)
а также тритий 3Н и 32Р: n + 14N 3H + 12C. Излучение терригенных и космогенных радионуклидов, а также само космическое излучение постоянно воздействует на все живое нашей планеты.
Техногенные радионуклиды
В 40-х годах ХХ века в результате освоения энергии атомного ядра были созданы ядерные реакторы, в которых происходит расщепление ядер 235U или 239Pu на ядра более легких элементов. При работе ядерных реакторов образуются не существующие в природе радионуклиды более 40 элементов Периодической системы (эти радионуклиды называют техногенными). С 1945 года до начала 60-х годов такие страны, как США, СССР, Великобритания, а позже Франция и Китай, провели большое число испытаний ядерного оружия, что привело к загрязнению техногенными радионуклидами окружающей среды в глобальном масштабе. К попаданию радионуклидов в окружающую среду привела и работа предприятий так называемого ядерного топливного цикла. Эти предприятия включают добычу урановых руд и извлечение из них урана, изготовление тепловыделяющих элементов, сами ядерные реакторы, а также заводы по переработке отработанных тепловыделяющих элементов, извлечению из них радиоактивных отходов и регенерации ядерного топлива. Одной из главных задач технологии ядерного горючего является получение урана и тория из руд. Добытую руду подвергают обогащению после чего производят вскрытие руды т.е. ее обработку кислотами HNO3 или H2SO4. Чтобы получить металлический уран необходимо из концентратов руд отобрать пробу и провести ряд реакций:
- Разваривание
- Экстракция растворителем
- Разложение нитрата
- Получение UF4
- Восстановление
(Данная цепь реакций приведена в книге Прошлое и настоящее радиохимии А. Н. Несмеянов. Ленинград Химия 1985 с. 166)
Ядерные реакторы конструируют так, чтобы предотвратить попадание техногенных радионуклидов в окружающую среду. Но даже при безаварийной работе реакторов в окружающую среду поступают радиоактивный газ криптон (радионуклид 85Kr), а также небольшие количества 131I, трития и некоторых других радионуклидов. В результате произошло загрязнение окружающей среды техногенными радионуклидами, особенно такими, как 90Sr, 137Cs, 131I, 129I, 85Kr, а также радионуклидами некоторых трансурановых элементов.
Тепловыделяющие элементы ядерных реакторов, представляющие собой металлические стержни, в которых находится ядерное топливо (3% 235U), размещаются в активной зоне реактора АЭС. Возможны различные виды цепных реакций деления 235U (различие в образующихся осколках деления и числе испускаемых нейтронов) такие:
235U + 1n 142Ba + 91Kr + 31n,
235U + 1n 137Te + 97Zr + 21n,
235U + 1n 140Xe + 94Sr + 21n.
Тепло, выделяющееся при делении урана, нагревает воду, протекающую через активную зону и омывающую стержни. Примерно через три года содержание 235U в тепловыделяющих элементах снижается до 1%, они становятся неэффективными источниками тепла и требуют замены. Каждый год треть тепловыделяющих элементов удаляется из активной зоны и заменяется новыми: для типичной АЭС с мощностью 1000 МВт это означает ежегодное удаление 36 т. тепловыделяющих элементов.
В ходе ядерных реакций тепловыделяющие элементы обогащаются радионуклидами продуктами деления 235U , а также (через серию -распадов) 239Pu:
238U + 1n 239U() 239Np() 239Pu.
Отработанные тепловыделяющие элементы транспортируются из активной зоны по подводному каналу в хранилища, заполненные водой, где хранятся в стальных