Розділ «ГЛАВА 4. СУЧАСНИЙ СТАН ОТОЧУЮЧОГО ЛЮДИНУ СЕРЕДОВИЩА»

Як було показано раніше, молекули озону О3 зароджуються у верхніх прошарках атмосфери внаслідок фотодисоціації молекулярного кисню О2 під впливом ультрафіолетового (УФ) випромінювання сонця з довжиною хвиль менше 242 Нм: О2+ hV → О + О; О + О2 → О3. Ці ж вільні атоми кисню беруть участь у природному руйнуванні озону О + О3 → 2О2. На цей процес витрачається біля 5% сонячної енергії, яка надходить до Землі. Озон руйнується також в каталітичних циклах за участю атомів хлору і брому, оксидів азоту та гідроксилу. Внаслідок балансу процесів зародження і руйнування формується озоновий шар, який захищає живу речовину від згубної дії УФ з довжиною хвилі 280-320 Нм.

Розподіл озону в атмосфері нерівномірний. Він залежить від температури, циркуляції повітря, наявності аерозолів, сезонних змін стану атмосфери тощо. Найбільш ефективно утворення озону відбувається поблизу екватора, де потік сонячного випромінювання максимальний.

У свою чергу зміни в озоновому шарі впливають на стан атмосфери. Надмір УФ променів руйнує листя дерев, знижує біологічну продуктивність, викликає у людей рак шкіри, захворювання сітчатки очей, непередбачені мутації тощо. В Новій Зеландії статистично визначено, що при зменшенні густини озонового прошарку на один відсоток кількість онкозахворювань збільшується на 4-5%.

До певного часу життєдіяльність людини не впливала на процеси в озоновому шарі. Розвиток промисловості, транспорту, авіації та ракетно-космічної техніки, широке вживання штучних хімічних речовин у побуті і промисловості призвели до підвищення в атмосфері концентрації активних по відношенню до озону речовин. Перш за все це стосується хлорофторовуглеців (ХФВ) (фреонів CF2CL, C2F3CL3, C2F4CL2, C2F5CL та галонів CF2BrCL), котрі використовуються в криогенній техніці, кондиціюванні повітря, протипожежних сумішах, аерозольних упаковках тощо. Вони хімічно інертні, високостабільні, не розчиняються у воді, не горять, можуть у повітрі існувати сотні років. Руйнує їх лише ультрафіолетове випромінювання сонця в процесі фотодисоціації, коли вони накопичуються в нижніх шарах атмосфери. При руйнуванні ХФВ утворюються вільні атоми хлору, які викликають ланцюг згубних для озону реакцій: CL + О3→CLO + О2; CLO + О = CL + О2 і так далі. Один вільний атом хлору здатен зруйнувати 100 тисяч молекул озону. Вивчення стратосферних процесів у Південній півкулі виявило таку залежність: при збільшенні концентрації СIO у повітрі з 0,05...0,10 до 1,05...1,10-1млрд. концентрація О3 зменшилася з 2,5...2,7 до 1,0... 1,1 млн-1

Аналогічні реакції викликає і бром. Кількість викидів ХФВ складає десятки мільйонів тонн, чого достатньо для відчутного впливу на стан озонового прошарку атмосфери. На початку 70-х років відносна кількість хлору в атмосфері дорівнювала 1,5*10-3 частин на мільйон. Зараз ця цифра збільшилась до 4*10-3 млн-1.

З 80-х років минулого століття вчені спостерігають періодичне різке зниження концентрації озону в північних районах атмосфери, що отримало назву "озонові діри". Циркумполярний (зимній полярний) вихор повітряних мас розширяє область руйнування озону. Якщо в центрі вихору над Антарктидою потужність озону знижується до 125, то над Європою озонові діри характеризуються значенням 200...250 о.Д.

Внаслідок серйозної загрози життю на Землі від руйнування озонового прошарку світова спільнота вдається до захисних засобів - у 1982 році було складено Монреальський протокол, а в 1985 році підписано Віденську конвенцію, в яких передбачено зменшення виробництва ХВФ з кінцевою метою повної їх заборони. Зараз кількість нових ХФВ зменшується, але вплив накопичених в атмосфері буде відчуватися ще багато десятиліть. Тому загроза антропогенного походження для озонового шару не знята, в зв'язку з чим вчені ведуть пошуки штучного прискорення процесу поновлення озону. Сьогодні найбільш перспективним вважається спосіб опромінювання повітря лазером з довжиною хвиль 762 і 1270 нм.

4.1.5. Проблема радіаційного забруднення природного середовища

Цей вид впливу людської діяльності на природне довкілля почав проявлятися недавно - після практичного втілення наукових розробок початку XX століття: наявності речовин, які вилучають промені, здатні проникати через непрозорі предмети і тіла (Рентген - 1895 р.) та ядерні перетворення деяких елементів, під час яких виділяється величезна енергія (Резерфорд - 1911 р., Астон - 1920 р., Чедвик - 1932 рм Жоліо-Кюрі - 1934 р. та інші).

На біду людства саме вчені-фізики явились ініціаторами практичного використання ядерної енергії в військовій справі. 2 серпня 1939 року А. Ейнштейн у листі президентові США Рузвельту писав: "...у найближчому майбутньому можливе перетворення урану в нове і важливе джерело енергії. Це може навести на думку про виготовлення відповідних бомб нового типу, які мають надзвичайну потужність". 2 грудня 1942 року Фермі здійснив першу регульовану атомну реакцію на реакторі, а 16 липня 1945 року пройшло перше випробування ядерної бомби на полігоні. 6 серпня 1945 року на Хіросіму скинуто першу атомну бомбу, в якій як вибухівка було використано уран-235, а через три дні плутонієва бомба вибухнула над Нагасакі. 27 червня 1954 року введено в дію першу атомну електростанцію в Обнінську під Москвою.

Сьогодні основними типами джерел радіоактивного забруднення природного середовища є:

- уранова промисловість, яка займається видобуванням, переробкою, збагаченням і виготовленням ядерного палива. Основною сировиною для палива є уранова руда, в якій вміст такого компонента, як уран-235, властивості якого використовуються, складає десяті долі відсотка. Руда "збагачується" - з неї вилучається частина домішків, і паливо для цивільних атомних електростанцій (АЕС) вміщує урану-235 декілька відсотків (2...4). Бойовий ядерний заряд значно більше сконцентрований. Аварійні ситуації можуть виникнути при виготовленні, зберіганні і транспортуванні ядерних виробів, зокрема тепло виробляючих елементів (твелерів);

- ядерні реактори різних типів, в активній зоні яких зосереджено велику кількість радіоактивної речовини і які є (по вислову фізиків) атомними бомбами, процеси в яких уповільнено до стаціонарного стану. Тому при проектуванні і будівництві АЕС здійснюються ґрунтовні засоби безпеки. Вчені США обрахували, що ймовірність аварії на американській АЕС дорівнює одній за мільйон років, що в п'ять тисяч разів менше за ймовірність аварії літака. Але аварії на АЕС трапляються: в США були аварії в 1975 і 1979 роках, в Японії - в 90-ті роки, в 1986 р. - Україні. В табл. 4.2 наведені порівняльні дані по деяких радіаційних викидах.

Таблиця 4.2 Характеристика ядерних подій

На режимах безаварійної експлуатації АЕС спостерігається забруднення довкілля внаслідок витоків радіоактивної рідини, викидів вентиляційного повітря, захоронення радіоактивних допоміжних матеріалів, інструменту, спецодягу та інше. Не вирішено питання і про ізоляцію приміщень АЕС після відпрацювання експлуатаційного терміну ядерних блоків, який дорівнює приблизно 20 рокам;

- радіохімічна промисловість, на підприємствах якої проводиться переробка і поновлення відпрацьованого матеріалу. При роботі АЕС "вигоряння" ядерного палива в ТВЕЛах призводить до погіршення умов атомної реакції, що не дає змоги використати потенціал палива повністю. Тому ТВЕЛи замінюють, коли концентрація урану-235 зменшується до 1,0...0,9%, тобто до величини, яка набагато більша, ніж була в природній урановій руді. Тому відпрацьоване паливо АЕС має велику радіоактивність і тому небезпечне для довкілля. Ще більшу небезпеку являють собою ядерні боєприпаси, термін зберігання яких скінчився. Для переробки використаних ядерних матеріалів потрібні заводи з підвищеними вимогами до захисту природного середовища.

Технології переробки на сучасних заводах недосконалі, і фахівці ведуть пошук шляхів вирішення цього найактуальнішого для атомної енергетики питання. Під час роботи підприємств радіохімічної промисловості в атмосферу потрапляє деяка кількість радіоактивного йоду-131, а в водойми - стічні слаборадіоактивні води;

- місця переробки і захоронення радіоактивних відходів, які внаслідок неможливості забезпечити абсолютну ізоляцію джерела радіації виділяють радіонукліди в природне середовище. Спочатку цьому питанню не приділяли належної уваги і ядерні держави скидали радіоактивні відходи в ріки, моря та океани, у вироблені штольні. Зараз розроблені технології, за якими радіоактивні відходи поміщаються у герметичні капсули, які зберігаються в спеціальних сховищах;

- використання радіонуклідів у народному господарстві у вигляді закритих радіоактивних джерел невеликої потужності у промисловості, медицині, геології, сільському господарстві. Радіоактивний аналіз використовується для виявлення в речовині певного елементу шляхом бомбардування речовини ядерними частками великої енергії. Гама-промінь дозволяє розділити суміш на складові, які по-різному пропускають радіацію. Безперервні процеси контролю якості та обліку кількості виробів - теж сфера використання радіаційного променя. Вивчення біологічних процесів, діагноз і лікування захворювань. Прискорення росту рослин, підвищення врожайності та таке інше. Мала потужність таких джерел в умовах нормальної експлуатації не призводить до значного радіаційного забруднення довкілля. Але при недостатній кваліфікації споживачів, відсутності жорсткого контролю за використанням, перевантаженості наявних сховищ для використаних виробів та з інших причин питання радіаційного забруднення джерелом невеликої потужності має велике значення.

Шкідливість радіоактивних відходів коливається від низької у малоактивних відходів з швидким розпадом до дуже високої у високоактивних відходів. Щорічно під час виробництва ядерної енергії утворюється 200 тис. м3 відходів з низькою і проміжною активністю і 10 тис. м високоактивних відходів і відпрацьованого ядерного палива. Відходи накопичуються, їх кількість стрімко збільшується. На рис 4.3 представлена динаміка відпрацьованого палива АЕС.