6 Промышле нная экология 

6.1 Понятие экологии 

Слово экология образовано от двух греческих слов: “oikos” – дом, жилище, страна и “logos” – наука. Таким образом, экология изучает наш “природный дом” и охватывает все живущие в нем организмы и происходящие функциональные процессы, делающие этот “дом” пригодным для жизни. В буквальном смысле экология – это наука об организмах “у себя дома”, наука, в которой особое внимание уделяется совокупности или характеру связей между организмами и окружающей их средой.[35]

Охрана окружающей среды как самостоятельная проблема и научная дисциплина возникла около 1900 года, но ее название “экология” вошло в общий лексикон лишь в последнее десятилетие.

Признанным родоначальником экологии считается немецкий ученый, медик, ботаник, зоолог, морфолог, а в целом крупный самобытный ученый Э. Геккель, который внес в науку много новых терминов, в том числе и “экология”. Он относит экологию к науке о природе, которую прежде всего интересуют живые существа, которая изучает их, но не с точки зрения коллекционера или систематизатора, а все стороны жизни биологических организмов. Она изучает также экономику природы как важнейшее условие существования общества, затрагивая, таким образом, не только биологические, но и экономические факторы.

Многие авторы после Геккеля пытались дать определение экологии как науки. Каждый из них старался выделить ее отличительные особенности.

Ф. Клементс (США) в 1920 г. назвал экологию наукой о сообществах;

Ч. Элтон (Великобритания) в 1937 г. определил ее как науку, естественную историю, имеющую дело с социологией и экономикой животных;

Х.Б. Одум (США) в 1959 г. заявил, что экология изучает структуру и функции природы;

С.С. Шварц (бывший СССР) в 1972 г. назвал экологию наукой о зонах, управляющих жизнью растений и животных в естественной среде обитания;

Р. Дажо (Франция) в 1975 г. дал определение экологии как науке, изучающей условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают.

В настоящее время можно считать, что экология является научной основой охраны окружающей среды, изучает условия существования (жизни) организмов, их отношения и связи между собой и окружающей природной средой. Однако систематические экологические исследования были начаты только в начале двадцатого столетия.

Наряду с изучением экологии животных, растений, микроорганизмов и их сообществ за последние годы все больше и больше внимание ученых привлекает экология человека. Это и понятно, потому что в современных условиях важнейшую роль среди экологических факторов играет деятельность, т.е. антропогенные факторы, которые все заметнее приводят к изменению природы как среды обитания других видов или непосредственно сказываются на их существовании. Поэтому не учитывать роль человека и человеческого общества в существовании биогеоценозов (экосистем) нельзя.

6.2 Экологические проблемы научно-технического прогресса 

Современный мир отличается необычайной сложностью и противоречивостью событий, он пронизан противоборствующими тенденциями, полон сложнейших альтернатив, тревог и надежд.

Конец XX века характеризуется мощным рывком в развитии научно-технического прогресса, ростом социальных противоречий, резким демографическим взрывом, ухудшением состояния окружающей человека природной среды.

Поистине наша планета никогда ранее не подвергалась таким физическим и политическим перегрузкам, какие она испытывает на рубеже XX- XXI веков. Человек никогда ранее не взимал с природы столько дани и не оказывался столь уязвимым перед мощью, которую сам же создал.

В век научно-технического прогресса и промышленного подъема остро встал вопрос об усилении воздействия человека на природу. В отличие от животного, лишь приспосабливающегося к окружающей среде в процессе биологической эволюции, человек сознательно и активно изменяет ее для удовлетворения своих потребностей.

Воздействие человека на природу обычно связано с стремлением достигнуть какой-либо цели. Однако они не всегда совпадают с возможностями биосферы. Воздействие человека на природу тем и отличается от воздействия на нее животного , что деятельность первого переходит ту грань, когда сохраняется биологическое равновесие.

Действие ионизирующей радиации на живой организм интересовало мировую науку с момента открытия и первых же шагов применения радиоактивного излучения. Это неслучайно, так как с самого начала исследователи столкнулись с его отрицательными эффектами.

Едва ли не главнейшее обстоятельство, которое обычно упускают из виду при анализе рассматриваемой проблемы, состоит в том что радиоактивные вещества и ионизирующие излучения являются одним из естественных, природных факторов. Это их важнейшее отличие от детергентов, пестицидов, инсектицидов и др. химических веществ, которыми человечество в последние годы интенсивно загрязняет биосферу.

6.3 Классификация источников излучения и понятие ионизирующего излучения. Влияние ионизирующих излучений на окружающую среду и защита от них. 

Современные ядерно-технические установки обычно представляют собой сложные источники изучений.

Любой источник излучения характеризуется:

- видом излучения;

- геометрией источника (формой и размерами);

- мощностью и ее распределением по источнику;

- энергетическим составом;

- угловым распределением излучения.

На практике источники встречаются в неограниченном многообразии указанных характеристик.

Наиболее распространенные источники ионизирующих излучений - естественные и искусственные радиоактивные нуклиды (а их сейчас насчитывается около 2000) - являются источниками a-, b- и g-излучений.

Характерной особенностью этих излучений при воздействии их на живой организм является прямая или косвенная ионизация, поэтому они и называются ионизирующими излучениями.

Действие ионизирующего излучения в определенных дозах вызывает эффекты, которые могут стать явными у самого облученного лица или проявиться у его потомства. То есть воздействие ионизирующих излучений на организм приводит к последствиям соматической и генетической природы.

Соматические эффекты могут быть ранними (возникающими в период от нескольких минут до 60 суток после облучения) и отдаленными (соматико-стохастическими: увеличение частоты злокачественных новообразований, увеличение частоты катаракт, общее неспецифическое сокращение жизни).

В настоящее время нет единой точки зрения ученых в толковании зависимости функции доза - эффект. Если эта функция не имеет порога, то рассматриваются, скорее, не сами эффекты, а вероятность их проявления. Тогда функцию называют стохастической. Если вредные эффекты излучения выявляются, начиная с какого-то определенного порога, то функцию называют нестохастической. При дозах, характерных для практики радиационной защиты, генетические эффекты рассматриваются как стохастические. В то же время в сравнительно низком диапазоне доз основной соматический эффект - канцирогенез - также принято относить к стохастическим эффектам.

Нестохастические соматические эффекты характерны для отдельных органов и тканей: они проявляются в виде помутнения хрусталика глаза, незлокачественных повреждений кожи (эритемы), подавления функции клеток костного мозга, вызывающего гематологические нарушения, повреждения клеток гонад.

Внешнее облучение - воздействие на организм ионизирующих излучений от внешних по отношению к нему источников излучения.

Внутреннее облучение - воздействие на организм ионизирующих излучений радиоактивных веществ, находящихся внутри организма.

Естественный фон излучения - ионизирующее излучение, состоящее из космического излучения и излучения естественно распределенных природных радиоактивных веществ (на поверхности земли, в приземной атмосфере в продуктах питания, в воде в организме человека и другое).

Таблица 4 Искусственные источники радиации

Персонал (профессиональные работники) - лица, которые постоянно или временно работают непосредственно с источниками ионизирующих излучений. К таким лицам также относятся операторы и пользователи ЭВМ.

Предельно допустимая доза (ПДД) - наибольшее значение индивидуальной эквивалентной дозы за год, которое при равномерном воздействии в течение 50 лет не вызовет в состоянии здоровья персонала неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами.

Допустимые уровни - нормативные значения поступления радиоактивных веществ в организм, содержания радиоактивных веществ в организме, их концентрация в воде и в воздухе, мощности дозы, плотности потока и т. п., рассчитанные из значений основных дозовых пределов ПДД.

В порядке убывания радиочуствительности устанавливаются три группы критических органов:

1 группа - все тело, гонады и красный костный мозг;

2 группа - мышцы, щитовидная железа, жировая ткань, печень, почки, селезенка, желудочно-кишечный тракт, легкие, хрусталик глаза и другие органы, за исключением тех, которые относятся к 1-й и 3-й группам;

3 группа - кожный покров, костная ткань, кисти, предплечья, лодыжки и стопы.

Контроль мощности доз g-излучения, а также плотности потоков нейтронов позволяет оценить эффективность применяемых защитных мероприятий, ориентировочно установить индивидуальные дозы облучения, оценить надежность используемых защитных средств.

Основными задачами контроля являются:

-  измерение дозы и потока нейтронов на рабочих местах;

- измерение дозы g-излучения и потоков нейтронов в смежных помещениях и прилегающей территории;

-  измерение эффективности стационарных и передвижных защитных средств;

-  установление контрольных уровней;

-  установление радиационно-опасных зон при аварии.

Для измерений мощности дозы g-излучения и плотности потоков нейтронов применяют различные дозиметры стационарного, переносного или носимого типов.

Детекторами излучения служат ионизационные камеры, газоразрядные или сцинтилляционные счетчики.

Стационарные приборы позволяют вести непрерывный контроль мощности доз во многих точках помещений, где проводятся работы с источниками ионизирующих излучений, и имеют большие диапазоны измерений.

Наряду со стационарными приборами измерения мощности экспозиционных доз рентгеновского, g-излучений и потоков нейтронов осуществляют с помощью переносных дозиметров и радиометров, а также носимых дозиметров.

Существуют следующие приборы контроля ДРГЗ-01, ДРГЗ-ОЗ, ДКС-05, ДКС-04 и др.

По мнению Международной комиссии по ионизационной защите “целью ионизационной защиты является обеспечение защиты от вредоносного воздействия ионизирующих излучений отдельных индивидуумов, их потомства, человечества в целом и в то же время создание соответствующих условий для необходимой практической деятельности человека, во время которой возможно воздействие ионизирующих излучений”.

Воздействие ионизирующих излучений на организм приводит к последствиям соматической и генетической природы. Соматические эффекты проявляются непосредственно у человека, подвергающегося облучению, а генетические – у его потомков. Соматические эффекты могут быть ранними (возникающими в период от нескольких минут до 60 суток после облучения) и отдаленными (соматико-стохастическими: увеличение частоты злокачественных новообразований, увеличение частоты катаракт, общее неспецифическое сокращение жизни).

Конкретной целью ионизационной защиты является предупреждение вредных нестохастических эффектов и ограничение частоты соматико-стохастических эффектов до уровня, считающегося приемлемым. Нестохастические эффекты могут быть устранены установлением достаточно низкого предела эквивалентной дозы таким образом, чтобы минимальная доза, способная вызвать повреждения, не была достигнута в течение трудовой деятельности человека.

Для ближайшего будущего разумный метод определения приемлемости риска при работе, связанной с источниками излучений, заключается в сравнении оценки этого риска с риском при работе в других областях деятельности, которые признаются минимально безопасными.

Для оценки воздействия излучения применяют так называемый параметр риска R, равный средней индивидуальной вероятности смерти в результате облучения в дозе 10 мЗв.

Параметр риска в зависимости от типа отдаленных последствий колеблется в широких пределах. Параметр риска приведен в таблице 5. 

Таблица 5 Параметры риска в чел-бэр

Если известна коллективная доза облучения, то ожидаемое полное число случаев смерти на всю профессиональную группу определяется по формуле

N = R·D_k.

По современным оценкам среднегодовая смертность от профессиональных причин, включая несчастные случаи на производствах, не превышает 10⁴ случаев в год.

Для реализации главной цепи радиационной защиты достижения и сохранения необходимых условий радиационной безопасности при всех видах деятельности, где предполагается облучение человека, - вводятся основные дозовые пределы. Используя их, рассчитываются производственные характеристики, такие, как предельно допустимые уровни внешних потоков ионизирующих изучений и допустимые концентрации радионуклидов в воде и воздухе.

Материалы, располагаемые между источником излучения и зоной размещения персонала или оборудования для ослабления потоков ионизирующих излучений, называют защитой.

Защиту от ионизирующих излучений классифицируют по:

- назначению;

- типу;

- компоновке;

- геометрии.

Защита от ионизирующих изучений должна обеспечивать:

а) допустимый уровень облучения обслуживающего установку персонала;

б) допустимый уровень радиационных повреждений “изменение прочностных характеристик, разрушение органических соединений, радиолиз воды и другие” конструкционных и защитных материалов;

в) допустимый уровень радиационного энерговыделения и температурного распределения в конструкционных и защитных материалах.

В соответствии с этим защиту подразделяют соответственно на:

- биологическую;

- радиационную;

- тепловую.

Радиационная и тепловая защиты, которые конструкционно часто бывают совмещены, необходимы только для мощных источников изучения ядерно-технических установок, таких, например, как ядерные реакторы. При

работе с изотопными источниками нео6ходимость в радиационной и тепловой защите обычно не возникает.

Защиты подразделяются на следующие типы:

-  сплошная защита, целиком окружающая источники излучения;

-  раздельная защита, когда наиболее мощные источники излучения окружает первичная защита (например, первичная защита активной зоны ядерного реактора), а между первичной и вторичной защитой имеются также источники излучения (например, система теплоносителя ядерного реактора);

-  теневая защита устанавливается между источником излучения и защищаемой областью, размеры которой ограничиваются лишь “тенью”, “отбрасываемой” защитой. Особенно часто такая защита используется при ограничении массы и габаритов;

-  частичная защита - ослабленная защита для областей ограниченного доступа персонала, например, на судне с реактором в качестве энергетической установки частичная защита может осуществляться в направлении дна.

По компоновке выделяют гомогенную (из одного защитного материала) и гетерогенную (из различных материалов) защиты.

По форме внешней поверхности наиболее часто на практике встречается плоская, сферическая и цилиндрическая защиты.

По распространению нейтронов в средах можно выделить следующие группы материалов:

- легкие водородосодержащие (водород, вода, полиэтилен, гидриды металлов) - эффективные замедлители нейтронов;

- легкие, не содержащие водород (углерода карбид бора), используемые при технических или технологических ограничениях на введение в защиту водородосодержащих сред;

- материалы, состоящие из элементов со средним атомным номером (бетон, породы, минералы);

- тяжелые материалы (железо, свинец, молибден, вольфрам, титан) для снижения потоков g-квантов (улучшают свойства защиты от быстрых нейтронов благодаря высоким сечениям неупругого рассеяния этих элементов);

- металловодородосодержащие среды.

Водород как материал защиты не представляет практического интереса, но как элемент он является хорошим замедлителем нейтронов и главным компонентом в большинстве защит от нейтронов. Барьерная защита из водорода обладает наилучшими защитными свойствами от нейтронов, отнесенными к единице массы.

Вода - наиболее часто используемый в защите водородосодержащий материал. Это обусловлено высокой ядерной плотностью водорода в воде, невысокой стоимостью, легкодоступностью, способностью заполнять все отведенное для нее пространство без образования щелей, пустота раковин в защите. Характеристики ослабления нейтронного излучения в воде рассчитаны и измерены достаточно полно.