Загрязнение окружающей среды радионуклидами семейства 238-U от некоторых отраслей промышленности, не связанных с ЯТЦ
В настоящей работе показано, что многие области промышленности, связанные с добычей и переработкой полезных ископаемых приводят к заметному возрастанию вклада 222-Rn и продуктов его распада в естественный радиационный фон (добыча фосфатов, урана, железной руды и т.п.).
Было оценено количество урана, поднятое на поверхность в результате добычи железной руды и фосфатов, за последние 100 лет. После этого, мы оценили количество «добавочного» радия в среде обитания человека, от добычи железной руды и фосфатов. Суммарно, от добычи рассматриваемых полезных ископаемых дает возрастание содержания урана в среде обитания ~4%.
Для уточнения данных необходимо провести дальнейшие исследования в этом направлении, но, уже концентрируясь на местности, где добывается какой-либо из полезных ископаемых.
Естественный радиационный фон существовал на всех этапах эволюции Земли. Любой организм подвергается воздействию радиационного фона, характерного для данной местности. Он обусловлен радионуклидами, находящимися в окружающей среде, либо космическим излучением. Основной вклад в облучение человека дают радионуклиды семейства 238U. Доза от этого семейства, получаемая населением, обусловлена теми радионуклидами, которые находятся в атмосфере, воде и непосредственной близости от поверхности земли. Всё что глубже, будем считать, на человека не влияет.
Средняя доза от облучения человека естественным радиационным фоном составляет 2,4 мЗв/год [35]. Будем считать, что ~2/3 этого значения обусловлено семейством 238U, то есть примерно 1,6 мЗв в год.
Зададимся вопросом, какое же количество урана принимает участие в формировании этой части дозы? Вкладом членов семейства 238U до 226Ra в величину 1,6 мЗв/год пренебрежём. Основной вклад вносят 226Ra, 222Rn и продукты его распада. Ядра 222Rn, образующиеся при распаде 226Ra вылетают в произвольном направлении. Только ограниченная их часть может достигнуть поверхности земли. Чем глубже находится атомы 238U(226Ra), тем меньше вероятность вклада одного из них в 1,6 мЗв/год. Нам нужно рассматривать эффективный приповерхностный слой, атомы которого, прямо или косвенно, вносят вклад в естественно радиационный фон. Кроме того, испускание радона как в результате распада радия, так и вследствие отдачи при распаде изотропно.
О количестве 226Ra будем судить по количеству 238U (зная его содержание из таблиц [7]), считая, что имеет место вековое равновесие. T1>>T2, λ1<<λ2. В течение времени, равного многим периодам полураспада дочернего вещества, активность материнского вещества заметно не уменьшается при рассмотрении в пределах земной коры [3].
Возьмём площадь континентальной части земной коры за вычетом Антарктиды (135 млн. км2) [8] и слой земли толщиной всего 1 м, примем что плотность рассматриваемого слоя земли составляет 2,5 т/м3.
Найдём объём — V и массу — M, выбранного нами участка земной коры:
V ≈ 1,35·1014 м2·0,5 м ≈ 14·1013 м3
M ≈ 14·1013 м3·2,5 т/м3 ≈ 3,5·1014 т.
Теперь, когда мы знаем массу, определим, сколько в этом слое содержится урана.
При содержании урана в верхней части земной коры 2,5 г/т в выбранном нами слое находится количество урана mU, равное
mU ≈ 3,5·1014 т·2,5 г/т ≈ 9·108 т
Количество 226Ra, находящегося в равновесии с таким количеством урана рассчитаем из соотношения [4] : N1/N2 = λ2/λ1, где N1, N2 - число атомов, λ2, λ1 - постоянная распада, которая равна ln2/. Нам нужно связать количество атомов с количеством вещества, поэтому воспользуемся формулой N = Na , где Na – постоянная Авогадро, m – количество вещества, M – молярная масса вещества. Воспользуемся некоторыми константами, представленными в таблице 1.
Перемещение огромных масс веществ на нашей планете не только из одного места в другое, но и из глубины наружу не может не сказываться на экологической обстановке в разных местах континентов. В работе показано, что отрасли промышленности, связанные с добычей и переработкой полезных ископаемых, действительно приводит к заметному возрастанию вклада 222Rn и продуктов его распада в естественный радиационный фон (добыча фосфатов, урана, железной руды…).
На основе анализа литературных и статистических данных оценено количество урана, которое поднято на поверхность в результате добычи железной руды и фосфатов. Это было необходимо, чтобы оценить количество «добавочного» радия в среде обитания человека, оказавшихся там, в результате добычи железной руды и фосфатов. Нами был выделен поверхностный слой толщиной ~10 см, содержащий ~0,6 г урана, который в рамках определенных предположений оказался достаточным, чтобы объяснить наблюдаемый вклад 1,6 мЗв/год в среднюю дозу, получаемую человеком на Земле.
Появление «нового, добавочного» урана и радия в среде обитания увеличивает среднюю дозу. Это увеличение приводит не просто к возрастанию фона за счет суммирования количеств веществ. Происходит значительно более сильное, чем линейное возрастание этого фона.
Определяющими оказываются: во-первых, диспергирование веществ, содержащих радий в результате различных технологических процессов. Во-вторых, то обстоятельство, что возрастание содержания радия происходит не монотонно по всей поверхности земли, а в областях не очень удаленных от места добычи ископаемых и их переработки, т.к. период полураспада радона всего 3,8 дня. Следовательно, в странах, где имеется интенсивная промышленная деятельность, включающая перемещение больших масс вещества этот вклад может составлять десятки процентов по отношению к тому, что было там еще лет 30 – 50 тому назад.
Для получения более уточненных данных необходимо проводить исследования в это направлении, но концентрируясь на районах, наиболее подверженных таким процессам.
Андреев А. И., Тесленко И. М., Цыцарева М. Б. Вариации почвенного радона и плотности потока радона с поверхности почвы экспериментального полигона //Вестник Тихоокеанского государственного университета. – 2014. – №. 3. – С. 113-122.
Бекман И. Н. Уран //Учебное пособие/ИН Бекман.—М.: МГУ. – 2009. – 300 с.
Бекман И. Н. Радиохимия. В 2 т //М.: Издательство Юрайт. – 2015. – 473 с.
Белозерский Г.Н. Радиационная экология, Учебник. — СПб.: 2006. – 466 стр.
Высоцкий Э. А., Губин В. Н., Данкевич И. В. Прогнозирование месторождений металлических полезных ископаемых: курс лекций/ЭА Высоцкий, ВН Губин, ИВ Данкевич. – 2008 – 147 с.
Государственный доклад «О состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов в Российской Федерации»: ФГБУ «ВИМС»,2016 – 339с
Григорьев Н. А. О кларковом содержании химических элементов в верхней части континентальной коры //Литосфера. – 2002. – №. 1. – С. 61-71.
Дедеев В. А., Куликов П. К. Происхождение структур земной коры. – Наука. Ленингр. отд-ние, 1988.
Ершов В. В. и др. Уран и торий в рудах Бакчарского железорудного месторождения //Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2012. – Т. 321. – №. 1.
Несмеянов Ан. А. Радиохимия, 2-е изд., перераб.— М.: Химия, 1978. — 560 с.
НКДАР-1988, Доклад Научного комитета ООН по действию атомной радиации Генеральной Ассамблее за 1988 г., Т. 1, М., Мир 1993 – 552 с.
Смыслов А. А. Уран и торий в земной коре. – Недра, Ленингр. отд-ние, 1974. – 231 с.
Шулейкин В. Н. Радон почвенного и атмосферного воздуха и дегазация земли //Георесурсы. Геоэнергетика. Геополитика. М.: Ин-т проблем нефти и газа РАН. – 2010. – №. 1. – С. 1.
Яковлева В. С. Методы измерения плотности потока радона и торона с поверхности пористых материалов //Томский политехнический университет. – 2011. – С. 20-21. – 173 с.
Яковлева В. С. Диффузионно-адвективный перенос радона в многослойных геологических средах //Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2009. – Т. 315. – №. 2.
Яковлева В. С. Полевой метод измерения коэффициента диффузии радона и торона в грунте //Вестник КРАУНЦ. Физико-математические науки. – 2014. – №. 1 (8).
Asimov I. The natural occurrence of short-lived radioisotopes //Journal of Chemical Education. – 1953. – Т. 30. – №. 12. – С. 616.
Chang B. U. et al. Nationwide survey on the natural radionuclides in industrial raw minerals in South Korea //Journal of environmental radioactivity. – 2008. – Т. 99. – №. 3. – С. 455-460.
Christopher A. Tuck, IRON ORE [ADVANCE RELEASE], U.S. Geological Survey: Minerals Yearbook, 2015 – 15 с.
Hassanlouei B. T., Rajabzadeh M. A. Iron ore deposits associated with Hormuz evaporitic series in Hormuz and Pohl salt diapirs, Hormuzgan province, southern Iran //Journal of Asian Earth Sciences. – 2019. – Т. 172. – С. 30-55.
Ielsch G. et al. Study of a predictive methodology for quantification and mapping of the radon-222 exhalation rate //Journal of environmental radioactivity. – 2002. – Т. 63. – №. 1. – С. 15-33.
International Atomic Energy Agency. Extent of Environmental Contamination by Naturally Occurring Radioactive Material (NORM) and Technological Options for Mitigation. – International Atomic Energy Agency, 2004. – 419 p.
Ishimori Y. et al. Measurement and calculation of radon releases from NORM residues. – IAEA, 2013. – С. 68.
Kennedy Jr W. E. Naturally occurring radioactive material (NORM V): proceedings of an international symposium, Seville, Spain, 19–22 March 2007. – 2009. – 534 с.
Kovler K. Basic aspects of natural radioactivity: – Woodhead Publishing, 2017 – 14-35 p.
NCRP, 1984. Exposures from the uranium series with emphasis on radon and its daughters, NCRP Report No. 77, NCRP, Bethesda, MD.
Nguyen P. T. H. et al. Soil radon gas in some soil types in the rainy season in Ho Chi Minh City, Vietnam //Journal of environmental radioactivity. – 2018. – Т. 193. – С. 27-35.
Ojovan M. I., Lee W. E., Kalmykov S. N. An introduction to nuclear waste immobilisation. – Elsevier, 2019. -250 p.
Stanley R. E., Moghissi A. A. (ed.). Noble gases. – US Environmental Protection Agency, 1975. – Т. 1.
Stephen M. Jasinski, PHOSPHATE ROCK [ADVANCE RELEASE], U.S. Geological Survey: Minerals Yearbook, 2015 – 10 с.
Stranden E., Kolstad A. K. Radon exhalation from the ground; Method of measurements and preliminary results //Science of The Total Environment. – 1985. – Т. 45. – С. 165-171.
Streffer C. The ICRP 2007 recommendations //Radiation protection dosimetry. – 2007. – Т. 127. – №. 1-4. – С. 2-7.
United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation et al. UNSCEAR 2000 Report, volume I: sources //United Nations. – 2000.
United Nations. Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation. Effects of ionizing radiation: UNSCEAR 2006 report to the general assembly, with scientific annexes. – United nations publications, 2008. – Т. 2.
United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation et al. UNSCEAR 2008 report Vol. II //Effects of ionizing radiation. Annex D: Health effects due to radiation from the Chernobyl accident (United Nations, New York, 2011). – 2011.
United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation et al. UNSCEAR 2016 Report—Sources, Effects and Risks of Ionizing Radiation //Report to the General Assembly. Scientific Annexes A, B, C, and D. Available on http://www. unscear. org/unscear/en/publications/2016. html.(accessed 15 Oct 2017). – 2017.
Wu H. et al. Geology and geochemistry of the Macheng Algoma-type banded iron-formation, North China Craton: Constraints on mineralization events and genesis of high-grade iron ores //Journal of Asian Earth Sciences. – 2015. – Т. 113. – С. 1179-1196.
Электронные ресурсы:
Дата обращения [21.03.2019]
U.S. Geological Survey, 2017, Iron ore statistics, in Kelly, T.D., and Matos, G.R., comps., Historical statistics for mineral and material commodities in the United States: U.S. Geological Survey. Дата обращения [15.09.2018],
U.S. Geological Survey, 2017, Phosphate rock statistics, in Buckingham D.A. and Jasinski S.M., comps., Historical statistics for mineral and material commodities in the United States: U.S. Geological Survey. Дата обращения [01.11.2018],
Последние выполненные заказы
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!