Энергетические загрязнения

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

ГОУ ВПО Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова

Реферат

по предмету: «Источники загрязнения среды обитания»

Энергетические загрязнения

Выполнила:

Рогачева Наталья Сергеевна

Магнитогорск 2009

Содержание

1. Электромагнитное загрязнение

2. Тепловое загрязнение

3. Ионизирующее загрязнение

Список литературы

1. Электромагнитное загрязнение

На антропогенные электромагнитные поля (ЭМП), как значимый фактор среды обитания человека, ученые обратили внимание в послевоенные годы, т. е. более 50 лет назад. Это было обусловлено бурным развитием радиолокационной техники, средств радиосвязи, телевидения, с одной стороны, и полученными первыми клиническими данными о повреждающем действии ЭМП на организм человека - с другой. Первые предельно допустимые уровни воздействия ЭМП были приняты в Советском Союзе уже в 50-е гг. XX в.

В настоящее время электромагнитное загрязнение окружающей среды является объективной реальностью и приобретает все большие масштабы. Линии электропередачи, подстанции, радиопередающие центры вещания и связи (в том числе мобильной и сотовой), радары ГАИ, электротранспорт, радиолокационные станции, технологическое, медицинское, научное оборудование, электробытовые приборы, компьютеры - это далеко не полный перечень источников ЭМП. Особенно актуальна проблема электромагнитного загрязнения окружающей среды в крупных городах, для которых характерна насыщенность разнообразными источниками ЭМП и высокая плотность населения.

Медицинскими исследованиями убедительно показано, что систематическое воздействие ЭМП определенных уровней может вызывать нарушения в нервной, сердечно-сосудистой, эндокринной системах. Установлено отрицательное влияние фактора на иммунитет, половую функцию, систему крови, показана способность ЭМП ухудшать адаптацию живого организма к другим неблагоприятным факторам. Получены некоторые свидетельства генетических и онкологических эффектов электромагнитных излучений.

Общие физические характеристики ЭМП. Электромагнитное поле - это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами. ЭМП, являясь видом материи, обладает массой, энергией и импульсом, которые перемещаются в пространстве в виде электромагнитных волн.

Основными параметрами электромагнитных волн являются частота f (МГц), длина волны l (м) и скорость распространения c (м/с), связанные соотношением

f = c/l.

Это соотношение справедливо для свободного пространства, где распространение волны происходит со скоростью света c =3Ч 108 м/с.

Естественный электромагнитный фон и его значение в жизнедеятельности человека. Эволюция всех форм живой материи на Земле с момента ее зарождения протекала на фоне действия естественного электромагнитного излучения. Как любой экологический компонент, ЭМП естественного происхождения участвуют в формировании живой материи, т. е. наряду с другими воздействующими факторами играют роль определенного регулятора в эволюции живого вещества. Жизнь протекает в постоянной подстройке внутренних электрических процессов и биологических ритмов живых организмов к изменениям естественного электромагнитного фона.

Основными естественными электромагнитными полями являются атмосферное электричество, постоянное магнитное поле Земли и геомагнитные поля, возникающие при взаимодействии земного магнитного поля с межпланетной средой. Атмосферное электричество - это электрические явления в земной атмосфере. В воздухе всегда имеются положительные и отрицательные электрические заряды - ионы, которые возникают под действием лучей радиоактивных веществ, космических лучей и ультрафиолетового излучения Солнца. Ионы подвижны и поэтому могут переносить электрические заряды, т. е. создают электропроводность воздуха. Земной шар заряжен отрицательно; между ним и атмосферой имеется большая разность потенциалов. Электростатическое поле атмосферы обусловлено совокупным действием электрических зарядов, находящихся на земной поверхности, и объемных зарядов в атмосфере. Для электростатического поля атмосферы характерны суточные и годовые изменения. Напряженность электростатического поля резко возрастает в период грозовой деятельности. Физически природа атмосферного электричества обусловлена колебаниями поверхностей заряженных капель с одной стороны, и их дроблением и коагуляцией (слияние мелких капель в более крупные) с другой. Излучают ЭМП различные светящиеся объекты, имеющие, как правило, плазменное происхождение (“огни св. Эльма”, “огненные шары” при извержении вулканов).

Постоянное магнитное поле Земли генерируется токами, текущими на глубинах гораздо ниже земной коры. Величина геомагнитного поля меняется по земной поверхности от 35 мкТл на экваторе до 65 мкТл вблизи полюсов. Солнечная активность и связанные с ней возмущения межпланетной среды генерируют изменяющиеся во времени магнитные поля общепланетарного масштаба главным образом в ультранизкочастотном диапазоне. Пульсации геомагнитного поля в частотной области 0,001-10 Гц часто наблюдаются по всему земному шару с амплитудами 0,1-100 мкТл.

В конце 50-x - начале 60-х гг. XX в. обратили внимание на существование взаимосвязи между геологической активностью земной коры и появлением электромагнитного фона (литосферный земной ЭМ фон).

Биологический электромагнитный фон. Биологические объекты, как и другие физические тела, при температуре выше 0° К излучают ЭМП в диапазоне 10 кГц-100 ГГц. Это объясняется тем, что субстанции, содержащиеся в теле человека, излучают энергию, вследствие хаотического движения зарядов - ионов. Для биологического тела с температурой 300° К такое излучение происходит наиболее интенсивно в инфракрасном диапазоне частот (мощность излучения составляет » 10 мВт/см2, что для взрослого человека » 100 Вт). Тепловое излучение инфракрасного диапазона не является чисто гармоническим и промодулировано различными биологическими процессами, происходящими в организме, что используется в медицине для диагностики заболеваний внутренних органов человека.

Характеристика основных источников ЭМП. Устройства, создающие электромагнитные поля, используются практически во всех направлениях профессиональной деятельности человека и в быту.

Источники постоянных магнитных полей находят широкое применение в металлургических процессах. При всем разнообразии технологий, общим для них является использование электролизных ванн, в которые по шинопроводам подается постоянный ток большой силы. Кроме систем шинопроводов, магнитное поле создается непрерывно распределенными токами внутри электролизных ванн, а также вторичными источниками магнитного поля - ферромагнитными элементами.

Источниками статических электрических полей являются электризующиеся диэлектрические материалы, установки постоянного тока и воздушные высоковольтные линии (ВЛ) постоянного тока. Заряды статического электричества возникают при производстве и эксплуатации изделий из полимерных материалов, транспортировке сыпучих материалов, сжиженных газов и нефтепродуктов, смешении композиций в смесительном оборудовании, переработке расплавов полимеров литьем под давлением.

Трение и деформация изделий практически всегда сопровождаются электризацией поверхности, которая усиливается вследствие интенсификации технологических процессов, увеличения мощности агрегатов. Воздействию интенсивных статических электрических полей могут подвергаться люди, работающие в целлюлозно-бумажной промышленности, в прядильно-ткацком производстве. При высоких уровнях статических электрических полей и низкой относительной влажности возникают электрические разряды, вызывающие болевые ощущения.

Источником постоянных электрических полей являются высоковольтные линии постоянного тока. Пока применение техники передачи электроэнергии постоянным током в единой энергетической системе России не получило широкого применения. Имеются лишь опытные линии электропередачи (ЛЭП) (например, Экибастуз - центр), но использование передач и поставок постоянного тока в ЕЭС России и других стран перспективно. Вблизи ЛЭП постоянного тока необходимо учитывать эффекты, которые связаны с объемными зарядами, создаваемыми короной на проводах, и заполняющими все пространство от проводов до земли. В силу этого наблюдается значительное увеличение напряженности электрического поля вблизи Земли, зарядка изолированных объектов до высокого напряжения и повышение концентрации ионов у земли.

В спектре частот 0-50 Гц наиболее значимыми являются магнитные поля, генерируемые электрифицированным транспортом, оборудованием контактной сварки и электромагнитные поля, создаваемые электроэнергетическими системами.

Большинство электрифицированных транспортных систем России работают на постоянном токе. Питание подводится, как правило, через подвесной провод. Магнитные поля, создаваемые электротранспортом, отличаются от почти синусоидальных магнитных полей промышленной частоты тем, что являют собой сложную смесь иррегулярных изменений квазипостоянного магнитного поля (0-0,01 Гц) и колебаний с более высокими частотами (0,01-50 Гц) с наибольшими амплитудами в области частот менее 15 Гц. Измерения показали, что водители трамваев и троллейбусов, машинисты поездов метрополитена и электролокомотивов, а также пассажиры электротранспорта подвергаются воздействию импульсных магнитных полей широкого спектра частот. Биологические эффекты их практически не исследованы.

В различных отраслях промышленности применяется контактная сварка переменным током частотой 50 Гц (точечная, шовная, рельефная, стыковая и их разновидности). Эксплуатация оборудования контактной сварки сопровождается созданием на рабочих местах сварщиков ряда неблагоприятных факторов, одним из которых является магнитное поле частотой 50 Гц. Основными источниками ЭМП являются сильноточные цепи, т. е. элементы вторичной цепи сварочного трансформатора.

Электромагнитные поля частотой 50 Гц создаются электроэнергетическими системами. Электроэнергетической системой называется совокупность источников, потребителей электрической энергии, связанных между собой электрической сетью. Наиболее сильные поля промышленной частоты регистрируются на подстанциях, вблизи высоковольтных ЛЭП, в непосредственной близости от мощных электрических устройств (генераторов, двигателей, трансформаторов и др.).

Высокие уровни индукции ЭМП регистрируются в машинных залах ТЭЦ в непосредственной близости от оборудования статорных цепей генераторов (выводов статора, ячеек генераторного выключателя, генераторных токопроводов), вблизи ограждающей сетки, в проходах возле указанного оборудования.

В диапазоне длинных, средних, коротких и ультракоротких волн работают радиопередающие средства вещания и связи. Воздействию ЭМП указанных спектров частот подвергаются экипажи судов, дежурный персонал радиоцентров, антенщики, занятые ремонтными и профилактическими работами с антенно-мачтовыми сооружениями. В помещениях радиоцентра может регистрироваться вторичное (отраженное) излучение. В аппаратных залах современных радиоцентров уровни ЭМП, как правило, не превышают предельно допустимых значений. Электромагнитные поля более высоких уровней регистрируются на антенных полях, в зонах пребывания персонала, обслуживающего антенно-мачтовые сооружения.

Воздействию ЭПМ, создаваемых антенными системами передающих радиоцентров, может подвергаться население, проживающее вблизи радиотехнического объекта (селитебная территория).

Электромагнитные излучения диапазона 3-300 МГц широко используются в области радиовещания и связи.

Электромагнитные излучения диапазона 300 МГц - 300 ГГц широко используется в промышленных установках различного назначения (радиорелейная, тропосферная, спутниковая системы связи).

СВЧ энергия используется в устройствах бытового назначения - микроволновых печах (2450 МГц или l = 12,3 см).

Распространенной областью применения СВЧ устройств является радиолокация. Передатчики современных РЛС как правило эффективно экранированы и не создают в процессе эксплуатации высоких уровней ЭМП на рабочих местах. Источниками наиболее интенсивного электромагнитного излучения в радиотехнических системах являются антенны различного конструктивного исполнения. Антенны радиолокационных станций в зависимости от своего назначения излучают в окружающее пространство ЭМП различных частотных диапазонов с разнообразной длительностью импульсов и частотой их повторения.

В настоящее время интенсивно развиваются системы сухопутной подвижной радиосвязи. В России наибольшее распространение получили сети транкинговой радиотелефонной и сотовой подвижной связи.

Базовые станции систем подвижной связи имеют большое количество наружных (устанавливаемых вне помещения) антенно-мачтовых и фидерных сооружений. В их состав входят: опоры (мачты, башни), собственно антенны, магистральные и распределительные фидеры. Антенны устанавливаются на крышах зданий, расположенных в густонаселенных районах. Практика показывает, что антенны базовых станций не создают высоких уровней излучений в зданиях установки антенн и расположенных напротив.

Большую опасность для пользователей представляет излучение от антенн подвижных объектов. К ним относится антенны автомобильных и портативных радиостанций. Технические средства, установленные на автомобиле, облучают прохожих и абонентов внутри автомобиля. Люди, пользующиеся ручными радиостанциями на улице и в общественных местах, также подвергают воздействию и себя, и окружающих. Излучения ручных радиотелефонов для здоровья пользователей потенциально опасно с нескольких позиций. Так, излучающая антенна находится в непосредственной близости от головы человека. Вследствие этого воздействию модулированных ЭМП подвергается мозг, щитовидная железа, зрительный и слуховой анализаторы, рука. Пользователь расположен в ближней зоне излучения, где поле не сформировано и имеют место пучности (точки с повышенным уровнем ЭМП). Радиотелефоны работают в диапазоне дециметровых волн, обладающих повышенной глубиной проникновения. Соизмеримость размеров тела и органов человека с длиной излучаемых волн усиливает биологическую эффективность ЭМИ.

На рабочих местах пользователей персональными ЭВМ регистрируются электромагнитные поля широкого спектра. Так, электростатические поля создает электронно-лучевая трубка видеодисплейного терминала. Заметный вклад в общее электростатическое поле вносят электризующиеся от трения поверхности клавиатуры и мыши. Эксперименты показывают, что даже после непродолжительной работы с клавиатурой электростатическое поле быстро возрастает. Переменные электрические и магнитные поля создаются системами кадровой и строчной развертки электронного луча.

Требуют внимания с позиции обеспечения электромагнитной безопасности пользователей ПЭВМ портативные компьютеры. В них отсутствует электронно-лучевая трубка, суммарное излучение почти полностью определяется импульсными блоками питания. Таких блоков несколько: сетевой адаптер, блок питания электроники, блок питания люминесцентной лампы, подсвечивающей изнутри плоский экран.

Влияние электромагнитных полей на организм человека. Анализ многочисленных работ клинического плана свидетельствует, что уже в первые годы контакта с ЭМИ работающие начинают жаловаться на головную боль, на боли в сердце, повышенную утомляемость, ухудшение памяти, понижение работоспособности.

Анализ заболеваемости с временной нетрудоспособностью показывает, что работающие с ЭМП чаще и длительнее болеют. В структуре патологии на первый план выступают функциональные расстройства центральной нервной и сердечно-сосудистой систем. Наблюдается повышенный уровень острых респираторных заболеваний, что, по-видимому, обусловлено снижением иммунологической реактивности организма.

Ткани живого организма плохо рассеивают высокочастотные ЭМП. При воздействии излучения СВЧ-диапазона в биологических тканях проявляются эффекты, которые можно разделить на тепловые и нетепловые, происходящие при малых уровнях мощности излучения. Поглощение электромагнитной энергии биологической тканью при постоянной частоте определяется средними значениями диэлектрической проницаемости, электропроводности и магнитной проницаемости тканей.

В итоге, все биологические ткани организма человека можно представить в виде 2 групп: к первой относятся подвижные среды (кровь, спинномозговая жидкость, воздух в легких и др., количество которых непостоянно для данной области биологического объекта); ко второй - все остальные среды (мышцы, костная и жировая ткань и т. д.). Диэлектрическая проницаемость, электропроводность и магнитная проницаемость для всех тканей различны, что определяет глубину проникновения электромагнитной энергии в биологическую ткань и биологический эффект облучения ЭМП. Если механизм терморегуляции организма способен путем рассеивания избыточного тепла предупреждать перегрев, то его температура остается нормальной, если нет - происходит непрерывный подъем температуры, который приводит к воспалению или даже разрушению ткани.

На границе раздела тканей с высоким и низким содержанием воды в результате отражения происходит образование стоячих волн, обусловливающих образование так называемых «горячих пятен». Следствием этого эффекта являются локальные повреждения кожи и расположенной под ней ткани. Ожоги, вызванные СВЧ-облучением имеют большую глубину (ожоги четвертой степени).

Наличие отражения на границе воздух - ткань приводит к уменьшению теплового эффекта на всех частотах. Перераспределение тепловой энергии между соседними тканями через кровь наряду с конвекционной отдачей энергии теплоиспусканием в окружающее пространство во многом определяет температуру нагреваемых участков тела. Именно из-за ухудшения системы отвода тепла от некоторых участков (например, глаза, ткань семенников, в которых мало кровеносных сосудов) эти органы наиболее уязвимы для облучения.

Отмечается влияние ЭМП малой интенсивности на репродуктивную функцию. Жалобы на снижение половой потенции у мужчин встречаются довольно часто. Гормональная функция начинает страдать при стаже свыше 10 лет. Имеются работы клинического и экспериментального плана о нарушении специфических функций женского организма под влиянием электромагнитных излучений УВЧ и СВЧ диапазонов. У женщин, контактирующих с ЭМП, наблюдаются расстройства менструального цикла, нарушения детородной функции (токсикозы беременности, самопроизвольные выкидыши, патология родов).

Анализ материалов клинических и экспериментальных исследований свидетельствует, что в результате воздействия ЭМП развивается характерный синдром раннего старения организма: ухудшение памяти и снижение работоспособности, полипатология, снижение иммунологической реактивности и компенсаторно-приспособительных возможностей организма, раннее нарушение обмена липидов и прогрессирующее накопление дисульфидных групп, нарушение репродуктивной функции, развитие возрастной патологии в ранние годы. Можно констатировать общность клинической симптоматики последствий электромагнитного облучения и старения организма.

В последние годы внимание научной общественности привлечено к данным эпидемиологических и экспериментальных исследований, свидетельствующих о возможных онкологических эффектах МП 50-60 Гц и ЭМП СВЧ-диапазона. Результаты работ носят противоречивый характер, необходимо проведение дополнительных исследований в данном направлении. Это предусмотрено международным проектом Всемирной организации здравоохранения.

Контроль источников ЭМП и принципы защиты. В системе мер профилактики неблагоприятного воздействия электромагнитных полей на организм человека первое место занимает информирование населения о возможной опасности электромагнитных излучений, необходимости соблюдать определенную осторожность при эксплуатации техники, создающей ЭМП, а также основных средствах и методах защиты от воздействия фактора. Мероприятия, направленные на охрану здоровья, должны начинаться на стадии проектирования излучающего оборудования и разработки проектной документации по его размещению. Каждое новое техническое устройство - источник ЭМП, должно иметь заключение на соответствие параметров излучения гигиеническим нормативным документам. При планировании размещения оборудования, создающего ЭМП в окружающей среде (ЛЭП, РЛС, антеннах систем объектов электросвязи), расчетным путем прогнозируются уровни электромагнитных полей на прилегающих территориях.

Защита от воздействия ЭМП осуществляется в следующих основных направлениях: временем, расстоянием, проведением инженерно-технических, организационных и лечебно-профилактических мероприятий, использованием средств индивидуальной защиты.

Первый принцип (защита временем) заложен в гигиенические нормативы (ряд ПДУ дифференцированы в зависимости от времени воздействия электромагнитных полей на работающих).

Защита расстоянием предполагает дистанционное наблюдение за работой оборудования и управление технологическим процессом, организацию рабочих мест в зонах с минимальными уровнями ЭМП. Примером защиты расстоянием является также организация санитарно-защитных зон, ограничение застройки вокруг передающих радиотехнических объектов и прилегающих к воздушным линиям электропередачи. Санитарно-защитной зоной является площадь, примыкающая к технической территории, внешняя граница которой определяется на высоте 2 м от поверхности земли по предельно допустимым уровням ЭМП. Зоной ограничения застройки является территория, где на высоте более 2 м от поверхности земли уровни ЭМП превышают ПДУ. Внешняя граница зоны ограничения застройки определяется по максимальной высоте зданий перспективной застройки на уровне верхнего этажа, где уровни ЭМП не превышает ПДУ.

Инженерно-технические мероприятия предполагают в одних случаях экранирование рабочего места, в других - экранирование источника, заземление оборудования, автоматическое отключение его при попадании работающего в зону излучения. Для защиты от ЭМП радиочастотного диапазона используются экраны из разнообразных радиоотражающих и радиопоглощающих материалов. К отражающим материалам относятся различные металлы (чаще всего железо, сталь, медь, латунь, алюминий). Эти материалы используются в виде листов, сетки, решеток и металлических трубок. Следует обратить внимание на невозможность экранировки полей КНЧ металлическими экранами, для этой цели используются ферромагнетики толщиной 5-6 мм. В каждом конкретном случае выбор направлений защиты зависит от технических характеристик источников ЭМП, их назначения, условий эксплуатации.

2. Тепловое загрязнение

загрязнение биоценоз электричество электромагнитный

Выброс тепла в окружающую среду - разновидность физического загрязнения, вызывающего разрушение биоценозов, так как речь идет о существенном экологическом факторе - температуре среды. В основе теплового воздействия на окружающую среду лежит инфракрасное излучение.

Источники инфракрасного излучения (ИК) можно разделить на две группы: естественного и техногенного происхождений. Главным естественным источником ИК излучения в биосфере является Солнце. При температуре внешней поверхности Солнца 6000 К примерно 50% энергии излучения приходится на ИК диапазон.

К числу естественных источников ИК излучения относятся действующие вулканы, термальные воды, процессы тепломас-сопереноса в атмосфере, все нагретые тела, лесные пожары и т. п.

Поверхность Земли испускает тепловое излучение в диапазоне длин волн примерно от 3 до 80 мкм, т. е. захватывает всю среднюю ИК область. Интересно отметить, что максимум обратного теплового излучения Земли в мировое пространство расположен на длине волны 10 мкм, как и максимум излучения человеческого тела. Мы, дети планеты Земля, имеем общие черты теплового портрета нашей колыбели, сигнализируя об этом в космос. Исследование теплового излучения человеческого тела с помощью тепловизоров дает значительную информацию при диагностике различных заболеваний и контроле динамики их развития.

Чрезмерное увлечение ИК излучением, особенно ближней зоны, может привести к ожогам кожи, расстройствам нервной системы, общему перегреву тела человека, нарушению солевого баланса, работы сердца, тепловому удару и т. д.

Исследование ИК спектров различных астрономических объектов позволило установить космические источники ИК излучения, присутствие в них некоторых химических соединений и определить температуру этих объектов.

К космическим источникам ИК излучения относятся холодные красные карлики с температурой поверхности 1000 - 1500 °К, ряд планетарных туманностей, кометы, пылевые облака, ядра галактик, квазары и т. д.

Наиболее распространенным источником ИК излучения техногенного происхождения является лампа накаливания. При температуре нити лампы накаливания 2300 - 2800 °К максимум излучения приходится на длину волны «1,2 мкм и около 95% энергии излучения приходится на ИК диапазон. Используемые для сушки и нагрева лампы накаливания с вольфрамовой нитью мощностью 1 кВт излучают в ИК диапазоне около 80% всей энергии. При понижении температуры общее содержание ИК излучения источника уменьшается.

К числу спонтанных источников ИК излучения техногенного происхождения относятся также газоразрядные лампы, угольная электрическая дуга, электрические спирали из нихромовой проволоки, нагреваемые пропускаемым током, электронагревательные приборы, плазменные установки, печи самого различного назначения с использованием самого различного топлива (газа, угля, нефти, мазута, торфа и т. д.), электропечи, электротехнические устройства с неизбежным превращением доли электрической энергии в тепловую, двигатели внутреннего сгорания, электродвигатели, ракетные и авиационные двигатели, МГД-генераторы, реакторы атомных станций и т. д. Человеческая цивилизация, являясь сложной диссипативной структурой, неизбежно связана с тепловым излучением.

Среди некогерентных источников ИК излучения часто используются [9] избирательные излучатели, например, горелка Нернста, Ауэра, имеющие в своем спектре сравнительно мало видимых лучей. Горелка Нернста позволяет получать интенсивные ИК излучения в области длин волн около 6 мкм, а горелка Ауэра - в широком диапазоне ИК спектра при Х>6 мкм.

К числу когерентных техногенных источников с узкой полосой ИК излучения относятся ИК лазеры.

За 1880-1940 гг. было добыто 50 млрд т так называемого условного топлива (29,3-10в6 Дж/кг). Это означает, что в атмосферу было выброшено 1,465-1021 Дж тепла, которого достаточно, чтобы растопить 4,8 тыс. км3 льда. Общая глобальная площадь снежно-ледяного покрова сократилась к середине предыдущего столетия примерно на 10%. А это серьезно уменьшило отражательную способность планеты - ее альбедо, вследствие чего средняя температура земной поверхности повысилась. Ежегодно в мире сжигается до 5 млрд т угля и 3,2 млрд т нефти. Это сопровождается ежегодным выбросом в атмосферу около 18 млрд т углекислого газа и выделением 2*10в20 Дж тепла.

Переход от минерального горючего к ядерному до некоторой степени уменьшает химическое загрязнение среды, но при этом возрастает тепловое загрязнение. Так, при производстве 3,6* 106 Дж электроэнергии на тепловой станции тепловые отходы в атмосферу и воду, используемую для охлаждения, составляют соответственно 1,67*106 и 5,65*105 Дж, а на современной атомной электростанции -5,4410s и 7,95*10в6 Дж. Таким образом, атомная электростанция средних размеров, производящая 3000 МВт электроэнергии, производит тепловой поток свыше 5,82*109 Вт. Следовательно, для рассеивания тепла требуется водная поверхность порядка 0,6 га на 1 МВт, или 1800 га на электростанцию мощностью 3000 МВт в местностях с умеренным климатом.

Мощные тепловые электростанции отводят большое количество тепла с подогретыми сбросными водами в реки, озера, искусственные водохранилища, тем самым влияя на термический и биологический режимы водоемов.

Локальные вредные воздействия теплового загрязнения на водные поверхности таковы:

* при повышении температуры воды животным требуется больше кислорода, так как в теплой воде его содержание понижено в связи с меньшей растворимостью;

* высокая температура благоприятствует замене обычной флоры водорослей менее желательными сине-зелеными водорослями;

* повышение температуры воды часто усиливает восприимчивость организмов к токсичным веществам (которые, несомненно, присутствуют в загрязненной воде);

* температура может превысить критические значения для стенотермных стадий жизненных циклов водных организмов.

Выброс теплоты в водоемы неизбежно сопровождается повышением температуры континентальных и прибрежных вод, что приводит к серьезным изменениям биоценозов (популяций pазличных оpганизмов). Тепловое загрязнение биосфеpы стало значительным в связи с развитием атомной энергетики. Пpи равной мощности у АЭС выбросы теплоты в окружающую среду приблизительно в два раза больше выбросов теплоты ТЭС. Повышение температуры воды приводит к уменьшению содержания растворенных в ней кислорода, углекислоты, азота, что сказывается на росте фауны. Кроме того, теплые воды, сбрасываемые в водоемы, способствуют их сильнейшему загрязнению сине-зелеными водорослями, гниение которых способствует появлению в воде фенола и дp. токсичных веществ. Концентрация фенола C6H5OH 3 - 4 мг/л уже смертельна для рыб

Нормы теплового загрязнения определяются допустимым повышением температуры водного объекта. В водоемах питьевого и культурного пользования оно (повышение температуры) не должно превышать 3 °С в летнее время. В рыбно-хозяйственных водоемах - не более 3 °С в летний и не более 5 °С в зимний периоды.

Источниками теплового загрязнения в пределах городских территорий служат подземные газоходы промышленных предприятий металлургического производства (140-160 °С), теплотрассы (50-150 °С), сборные коллекторы, коммуникационные туннели (35-45 °С), туннели метро и другие подземные сооружения (18-25 °С). Искусственное промораживание грунтов при строительстве в сложных гидрогеологических условиях приводит к формированию временных криозон (от -10 до -26 °С) шириной до нескольких метров. Последствия теплового воздействия проявляются в таких геологических процессах, как термопросадки и термокарст, солифлюкция (медленное передвижение почв и рыхлых грунтов) и деградация многолетней мерзлоты, образование наледей и т. п.

Анализ выбросов теплоты в атмосферу от совокупности промышленных объектов на региональном уровне показывает, что характерно наличие регионов с тепловыделением от 10 до 200 вт/м2. с площадью до 10 000 км2. Результатом такого антропогенного теплового воздействия является образование устойчивых пространственных “островов теплоты” (Рурский бассейн в Германии, Донецкий бассейн на Украине) с температурой на 1 - 4 град. С превышающей естественную равновесную температуру воздуха. Влияние таких “островов теплоты” приводит к обpазованию в зонах их действия туманов, облачности, увеличению атмосферных осадков, в том числе и кислотных дождей, оказывающих вредное воздействие на биосфеpу.

Наряду с тепловыми оазисами - крупными промышленными центрами - все более четко выделяются регионы, где тепло поглощается, ибо там синтез органического вещества превышает его потребление. Регионы с хорошо развитой агрокультурой, в которых получают высокие урожаи и откуда продукцию вывозят, служат добавочной «грелкой» для промышленных центров и городов, где эта продукция потребляется. Все это еще более увеличивает контраст между нагреваемыми и охлаждаемыми человеком регионами земного шара.

Реальные техногенные вариации температурных полей непосредственного влияния на человеческий организм не оказывают, однако вызываемые ими негативные геологические процессы могут ухудшать условия жизни и труда, а в отдельных случаях - даже делать их опасными.

Точный расчет теплового загрязнения окружающей среды и его контроль включают анализ многих параметров и учет многих взаимосвязанных процессов, вызванных техногенной деятельностью современного общества. В настоящее время эта проблема в полной мере количественно не решена.

Известно, что потребность населения в энергии удовлетворяется за счет электрической энергии. Большая часть электрической энергии получается за счет преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сгорании органического топлива. Доля электрической энергии, получаемой за счет атомных станций и других нетрадиционных возобновляемых источников энергии, в большинстве стран невелика.

Путем преобразования энергии органического топлива примерно 30% энергии топлива превращается в электрическую энергию, а 2/3 энергии поступают в окружающую среду в виде теплового 1 загрязнения и загрязнения атмосферы продуктами сгорания. При увеличении энергии потребления будет увеличиваться загрязнение окружающей среды, если не принимать специальных мер. Тепловое загрязнение водоемов и атмосферы имеет место и при эксплуатации атомных электростанций. В настоящее время установлена закономерность общего повышения температуры водоемов, рек, атмосферы, особенно в местах нахождения электростанций, промышленных предприятий в крупных индустриальных районах. В свою очередь, это приводит к изменению теплового режима водоемов, что сказывается на жизни биоорганизмов, к возникновению нежелательных воздушных потоков из-за повышения температуры в атмосфере, изменению влажности воздуха и солнечной радиации и, в конечном случае, к изменению микроклимата.

Плотность искусственной (техногенной) энергии, например, на территории Японии составляет примерно 2 Вт/м2, а в Рурском районе Германии, известном большим количеством промышленных предприятий, плотность техногенной энергии, вызванной тепловым загрязнением, составляет примерно 20% от солнечной радиации на поверхности Земли, т. е. примерно 32 Вт/м2 оказывается «лишним» тепловым загрязнением. Такие «добавки» к тепловому балансу совершенно не нужны. Источники «сбросового» тепла существенным образом влияют на микроклимат прилегающих районов. По мнению метеорологов и экологов, дальнейший рост тепловых загрязнений в индустриальных районах может вызвать нарушение в общей циркуляции атмосферы всей планеты, влияя на устойчивость нашей экосистемы.

Тепловые загрязнения окружающей среды, перегрев Земли, потепление климата заставляют обратить самое серьезное внимание на эту проблему с тем, чтобы стимулировать развитие принципиально новых источников энергии, малоотходных технологий, эффективных методов по переработке отходов, действенных мер охраны окружающей среды и постоянно действующего глобального мониторинга биосферы.

3. Ионизирующее загрязнение

К ионизирующим излучениям (ИИ) относятся потоки частиц, квантов электромагнитных излучений, прохождение которых через вещество приводит к возбуждению его атомов, молекул.

Основным источником ИИ являются радиоактивные вещества (РВ), используемые в ядерной энергетике, медицине, промышленности и естественные радиоактивные вещества, находящиеся в атмосфере, воде, почве, теле человека и т. д. Впервые радиоактивность была обнаружена А. Беккерелем (l896).

Все радиоактивные вещества характеризуются радиоактивностью, т. е. способностью атомов химических элементов самопроизвольно распадаться и превращаться в атомы других химических элементов с другим массовым числом, порядковым номером с выделением радиоактивных частиц. При этом происходит выделение энергии излучения. Так, плутоний-239 распадается на уран-235 и гелий-4 (ядра атомов гелия - a-частицы).

К химическим элементам, обладающим наибольшей активностью относят уран, плутоний, торий, радий и др.

Распад РВ происходит с определенной скоростью, измеряемой периодом полураспада Т1/2, т. е. временем в течение которого распадается половина атомов данного химического элемента. Этот процесс стабилен во времени и его нельзя ускорить или замедлить.

Самопроизвольный распад атомов РВ сопровождается ИИ, т. е. a-, b-, g- и нейтронным (n-) излучениями. Ионизирующие излучения способны проникать через облучаемые тела, т. е. обладают проникающей способностью. Радиоактивные вещества способны накапливаться в почве, воде, теле человека и т. д., т. е. могут аккумулироваться в телах, через которые они проходят.

Самым опасным источником радиоактивного загрязнения являются ядерные взрывы (воздушные - низкие, наземные и подземные с выбросом грунта). Величайшей радиационной катастрофой в истории человечества являются атомные бомбардировки городов Хиросима и Нагасаки (1945), в результате которых погибло и было ранено более 200 тыс. человек, а многие получили такие дозы облучения, за которые продолжают расплачиваться их потомки. С 1945 по 1980 год на поверхности Земли было произведено 450 взрывов: 137 (СССР), 235 (США), остальные Великобритания на территории США, Франция на островах Атлантического океана и Китай на своей территории.

Во время войсковых учений на Тоцком полигоне (1954) была взорвана атомная бомба с тротиловьм эквивалентом 40 кт (q = 40кт). На учениях участвовало 40 тыс. человек. После атомного взрыва через эпицентр было проведено наступление. Меры защиты личного состава и медицинский контроль были недостаточны. Во время “холодной войны” такие учения проводили США в штате Невада и в южной части Тихого океана, а Франция на территории Алжира. В результате испытаний ядерного оружия на территории России (Новая Земля, Семипалатинск) загрязнены ближайшие к полигонам территории. После 1980 г. все страны перешли на подземные испытания, которые проводились на глубинах 600-2400 м, где образовывались радиоактивные стеклообразные массы.

Естественные источники ионизирующих излучений На человека в процессе всей его жизни действуют различные ИИ, под воздействием которых проходила эволюция «живого» организма.

Земные источники ИИ. К этой группе ИИ человек приспособился на протяжении всего периода эволюции. К ним относятся все радиоактивные вещества, которые находятся в почве, в недрах Земли и определяют радиоактивный фон.

Космические радиоактивные излучения, т.е. излучения Солнца, космоса. В эту группу входят почти все радиоактивные элементы, и облучение человека зависит от высоты нахождения человека над уровнем моря. Чем выше находится человек, тем меньше их поглощает атмосфера (пары воды, пыль, меньшее давление) и тем больше доза облучения.

Внутреннее облучение человека за счет РВ, находящихся в воде, воздухе, продуктах питания и поступающих внутрь организма через кожу, дыхательные пути, желудочно-кишечный тракт.

Попадание радиоактивного газа радона в организм человека через органы дыхания. Радон возникает в результате распада тория, который находится в почве, строительных конструкциях, и в результате сжигания бытового газа. Специалисты указывают на высокий уровень a-частиц в домах с кладкой из красного кирпича, что усугубляется и неблагоприятным режимом плохо проветриваемых помещений. Этот дополнительный радиационный фон определяется радиоактивными алюминием, вольфрамом, бериллием и их сочетанием. В ряде случаев внутреннее облучение обуславливается зубными пломбами, протезами из керамических материалов.

Технологические радиоактивные излучения. К этой группе относят использование строительных материалов, содержащих РВ и сжигание природного топлива на ТЭЦ, металлургических предприятиях и т. д. (при производстве 1 ГВт/г. электроэнергии ТЭЦ сжигает 3Ч 106 т угля и в атмосферу выбрасываются аэрозоли, содержащие калий-40, торий, свинец, радий и др. В этом случае доза облучения составляет 0,2-0,5 бэр/г, что примерно в 10 раз выше, чем от действующих АЭС (0,02-0,1 бэр/г). К этому следует добавить и РВ, содержащиеся в химических удобрениях (калийные соли, фосфориты и др.), которые с пищей поступают в организм человека.

В результате человек от воздействия естественных источников РВ получает суммарную дозу облучения Добл» 240 мбэр/г, которая распределяется следующим образом: радон - 130 мбэр/г, космические излучения - 40 мбэр/г, почва, здания, сооружения - 30 мбэр/г, пища, во-да - 40 мбэр/г. Если считать, что срок жизни человека составляет примерно 70 лет, то за всю жизнь человек получает дозу облучения Добл70, равную 17 бэр.

Уровень радиоактивного фона на территории России от природных источников составляет от 5 до 25 мкР/ч, но там, где есть гранитные массивы, водные источники содержат естественные радионуклиды, природный радиационный фон выше.

Основные искусственные источники радиоактивных излучений

Урановая промышленность. Занимается добычей, обогащением и переработкой урана, производством ядерного топлива, а так же транспортировкой ядерного топлива, отработанного ядерного топлива (ОЯТ) и ядерного оружия. При обогащении природного урана используется большое количество воды, которая после технологических процессов сливается в естественные водоемы и загрязняет их. При производстве ТВЭлов для АЭС загрязнения маловероятны, но в аварийных ситуациях может произойти возгорание некоторых урановых составов и в атмосферу могут быть выброшены РВ.

Ядерные реакторы разных типов. В активной зоне реакторов сосредоточено значительное количество РВ, но ядерные реакторы заключены в мощные оболочки, ИИ в окружающую среду не выбрасываются. Само ядерное топливо не очень опасно, так как у урана практически отсутствуют g-излучения, но в процессе работы в реакторах накапливается значительное количество продуктов деления, являющихся радиоактивно опасными. Следует иметь в виду, что в ядерном реакторе ядерного взрыва произойти не может, так как там нельзя создать критическую массу, необходимую для ядерной реакции взрывного характера. В нем может произойти тепловой взрыв, если от реактора не отводится тепло. В результате такого взрыва происходит разрушение реактора и выброс РВ в окружающую среду (ЧАЭС).

После катастрофы на ЧАЭС значительные загрязнения (более 1 Ки/км2) отмечены на территории Украины, Беларуссии и России. В России радиоактивному загрязнению подверглись 19 республик и областей. Особенно высокие уровни радиации отмечены в Калужской, Орловской и Тульской областях-до 15 Ки/км2, а в Брянской области до 40 Ки/км2. Основными составляющими при выбросах являются йод-137, цезий-134, цезий-137, стронций-90 и др.

Радиохимическая промышленность - занимается регенерацией ОЯТ. Эти предприятия, как и урановая промышленность, используют большое количество воды.

Места захоронения радиоактивных отходов. Это проблема для всех ядерных держав мира, так как хранилища могут представлять опасность для окружающей среды вследствие их старения, разрушения из-за внешних влияний и т. д. Хранение ОЯТ осуществляется на АЭС, на предприятиях ядерной промышленности. Существуют специальные пункты захоронения - могильники ОЯТ (в России их 16, многие из них устарели). Остро стоит вопрос о захоронении ОЯТ ВМФ России и атомных кораблей морского флота России. В прошлом такие отходы в контейнерах часто сбрасывались в океанические воды.

Использование радионуклидов в медицине и промышленности. В этих случаях выбросы РВ в окружающую среду происходят из-за нарушений правил хранения и безопасности при их использовании.

Использование радиоактивных источников электропитания в космических объектах, для электропитания морских маяков и др. Выбросы могут происходить только в случаях разрушения таких источников. Так, в г. Кандалакше был разрушен источник электропитания на маяке (2001). В результате уровень ИИ на расстоянии 200 м от маяка составил 100 Р/ч.

Изотопные лаборатории используют РВ в исследовательских целях. Часто слив отработанных реактивов производится в общую канализацию, что ведет к радиоактивному загрязнению очистных сооружений.

Локальные загрязнения местности после ядерных взрывов. Такие загрязнения могут возникнуть после взрывов ядерного оружия и после ядерных взрывов, проводимых в мирных целях: тушение горящих газовых факелов, улучшение добычи нефти, создание подземных емкостей для хранения нефтепродуктов и различных отходов, геофизические исследования. В настоящее время такие взрывы не производятся.

Глобальные выпадения радиоактивных осадков после испытаний ядерных боеприпасов в стратосфере. Такие выпадения могут продолжаться годами и разноситься по всей планете. Основной изотопный состав в этих случаях: уран-235, стронций-90, цезий-137, йод-131.

Военная деятельность. Радиоактивные загрязнения могут возникать в результате применения ядерного оружия, в результате применения боеприпасов с обедненным ураном - война в Персидском заливе, Югославия. С этой группой загрязнений связано и применение ядерных реакторов на подводных и надводных кораблях ВМФ.

Телевизоры, мониторы, дисплеи, которые, кроме электромагнитных излучений крайне низких частот, могут излучать и рентгеновское излучение.

Рентгеновские исследования, проводимые в медицинских целях.

Основные единицы измерения ИИ. Все радиоактивные вещества распадаются со своей скоростью, характеризуемой периодом полураспада Т1/2.

Активность. Каждый радионуклид количественно характеризуется активностью a (табл. 1) - количеством распадов в единицу времени.

Таблица 1

Величина и ее символы	Единица СИ, ее обозначение и название	Внесистемная единица, ее обозначение и название	Соотношение между единицами
Активность A	Бк (беккерель)	Ки (кюри)	1 Бк=1 расп/с 1 Бк=2,7Ч 10-11 Ки 1 Ки=3,7Ч 10-10 Бк
Поглощенная доза Дпогл	Гр (грей)	Рад (рад	1 Гр=1 Дж/кг = 100 рад 1 рад =10-2 Гр
Эквивалентная доза Дэкв	Зв (зиверт Л)	Бэр (бэр)	1 Зв=1 Гра/Q=100 рад/Q= 100 бэр 1 бэр =1 рад/Q= =10-2 Зв
Экспозиционная доза Дэкс	Кл/кг (кулон на килограмм)	Р (рентген)	1 Кл/кг=3,88ґ 103 Р 1P= 2,58Ч 10-4Кл/кг

Поглощенная доза облучения (Добл), т. е. количество энергии излучения, поглощенное единицей массы облучаемого тела (табл. 1).

Эквивалентная доза облучения (Дэкв) - это поглощенная доза облучения, учитывающая опасность данного вида облучения. С этой целью вводится коэффициент качества облучения Q, показывающий во сколько раз данный вид излучений эффективнее g- или рентгеновского излучения при одинаковой дозе (табл. 1).

Экспозиционная доза (Дэкс) - это количественная характеристика рентгеновского или g-излучения по эффекту ионизации (табл. l).

Радиоактивное загрязнение местности (РЗМ) возникает вследствие выпадения радиоактивных осадков на поверхность Земли, которые возникают в результате ядерных взрывов, разрушения АЭС, ядерных реакторов и т. д.

Источниками РЗМ являются:

1. дукты деления ядерного горючего (урана, плутония). В этом случае имеет место g- и b-излучения;

2. неразделившаяся часть ядерного горючего при ядерном взрыве, которая является источником a-излучения;

3. наведенная активность в почве. Под воздействием первичного нейтронного потока в грунте образуются радиоактивные изотопы (алюминий-27, натрий-22, магний-24 и др., которые при распаде выделяют g- и b-излучения.

Рассмотрим образование РЗМ в случае аварии на АЭС. Разрушение ядерного реактора может быть вызвано тепловым взрывом, мощность которого невелика. В атмосферу вместе с парами на высоту 800-1200 м поднимаются РВ. Эти выбросы продолжаются длительное время (несколько недель). Ветер на этой высоте в течение длительного времени меняет свое направление много раз, и загрязненные облака разносятся на значительные расстояния от места аварии и выпадают вместе с осадками. С течением времени, вследствие естественного распада РВ, уровни радиации в местах выпадения радиоактивных веществ уменьшаются по экспоненциальному закону

,



Рис. 1 Спады уровней радиации где P0 - уровень радиации в момент измерениях t0; P(t) - уровень радиации в момент времени t, n - показатель степени, характеризующий изотопный состав и определяющий скорость спада уровня радиации во времени

Показатель степени n зависит от варианта загрязнения. Так, для ядерного взрыва n = 1,2, а для аварии на АЭС и ядерных реакторах n = 0,4-0,5, т. е. спад уровней после ядерного взрыва происходит быстрее, чем при аварии на АЭС, а поэтому и дозы облучения при ядерном взрыве за одно и тоже время и при одинаковых начальных уровнях радиации будет ниже, чем при аварии на АЭС.

Зная уровни радиации на местности Р(t), можно определить дозу облучения человека Добл, которую он получит при нахождении на загрязненной местности за интервал времени от начала tн до конца tк облучения.

.

После интегрирования и упрощения этого выражения с учетом коэффициента ослабления ИИ защитными сооружениями, строительными конструкциями, зданиями получаем расчетное выражение

.

Биологический эффект ионизирующих излучений. Энергия, выделяемая РВ, поглощается средой, биологическими организмами и в живых тканях происходят сложные физические, химические и биохимические процессы.

Известно, что тело человека на 75% состоит из воды и углерода. Под воздействием ИИ вода разлагается на водород Н и гидроксильную группу ОН, которые непосредственно или через цепь вторичных химических превращений образуют продукты с высокой химической активностью - гидратный оксид НО2 и перекись водорода H2O2. Эти соединения взаимодействуют с органическими веществами биологической ткани, окисляют и разрушают ее, В результате нарушается нормальное течение биохимических процессов и обмена веществ в организме человека, разрушаются отдельные клетки.

Биологический эффект облучения зависит от суммарной дозы облучения и времени воздействия облучения на организм человека, от размеров облучаемой поверхности тела и индивидуальных особенностей человека.

В зависимости от величины однократной дозы облучения возможны биологические нарушения, которые приводят к лучевым болезням 4 степеней.

Органы человеческого тела по разному реагируют на облучение, так как чувствительность к воздействию ИИ у них разная. По степени чувствительности все органы человеческого тела можно расположить в следующей последовательности: зародышевые клетки (гонадная система); красный костный мозг, в котором формируются эритроциты, зернистые лейкоциты, тромбоциты; зобная или щитовидная железа, которая выделяет в кровь и ткани тела гормоны; лимфатическая ткань, лимфатические узлы, селезенка, формирующие незернистые лейкоциты; печень - орган очистки и отстоя крови и др. внутренние органы.

Уже при однократном облучении человека дозой 50 бэр через сутки в крови человека уменьшается количество лейкоцитов, а это ведет к сокращению плазматических клеток, вырабатывающих антитела, обеспечивающие защитные реакции организма к различным заболеваниям. Следовательно, понижается иммунная защита человека (нормальная жизнь лейкоцитов 1 сутки).

Уменьшение количества эритроцитов - красных кровяных клеток, переносящих кислород от легких к тканям, наступает через 2 недели после облучения. Продолжительность жизни эритроцитов порядка 100 суток. Эритроциты крови содержат гемоглобин, и если их количество уменьшается, то это может привести к гибели организма. Степень опасности РВ, попадающих внутрь организма, зависит от их активности, а степень поражения организма зависит от скорости их выведения из организма. Если радионуклиды однотипны с элементами, которые человек потребляет с пищей, водой - натрий, калий, кальций и др., то их радиоактивные аналоги могут заменяться нерадиоактивными элементами. Очень опасен для человека радиоактивный йод-137, накапливающийся в щитовидной железе. Для его замещения необходимо принимать йодистые препараты сразу же после начала облучения.

...