Введение в радиоэкологию

 
 
 
 
 
 
Новая  
Университетская  
Библиотека 

 
 
 
 
 
 
Книги – это корабли мысли,  
странствующие по волнам времени  
и бережно несущие свой драгоценный груз  
от поколения к поколению. 
 
Ф. Бэкон

В.В. Воробьева 
ВВЕДЕНИЕ 
В РАДИОЭКОЛОГИЮ 
Рекомендовано Дальневосточным региональным 
Учебно-методическим центром в качестве 
учебного пособия для студентов высших 
учебных заведений, обучающихся по 
направлениям (специальностям) «Экология», 
«Радиоэкология», «Радиобиология» 
Москва 
Логос 
2020

УДК 574:539.16  
ББК 28.080+22.383 
В 75 
Серия основана в 2003 году 
Научный консультант 
Н.К. Христофорова, доктор биологических наук, профессор 
(Дальневосточный государственный университет) заслуженный 
деятель науки Российской Федерации 
Рецензент 
ОН. Лукьянова, доктор биологических наук, профессор 
Воробьева В.В. 
В 75 
Введение в радиоэкологию: учеб. пособие / В.В. Воробьева. – 
М.: Университетская книга; Логос, 2020. – 360 с. – (Новая 
университетская библиотека). 
ISBN 978-5-98704-084-1 
Обобщена и проанализирована информация, связанная с кругом 
проблем 
радиоэкологии, 
включая 
воздействие 
на 
биосферу 
ионизирующих излучений естественной радиации, радиоактивное 
загрязнение биосферы вследствие ядерных взрывов, развития атомной 
энергетики и широкого использования радиации в различных 
областях 
деятельности 
человека. 
Представлено 
историкофилософское осмысление будущего ядерных технологий и связанных 
с ними радиоэкологических проблем. 
Для 
студентов 
высших 
учебных 
заведений, 
получающих 
образование 
по 
специальностям 
(направлениям) 
«Экология», 
«Радиоэкология» и «Радиобиология». Представляет интерес для 
широкого 
круга 
специалистов 
в 
области 
биологии 
охраны 
окружающей среды и радиоэкологии. 
ББК 28.080 + 22.383 
ISBN 978-5-98704-084-1 
   © Воробьева В.В., 2020  
   ©Университетская книга, 2020
   © Логос, 2020

Оглавление
Оглавление
Оглавление
Оглавление
Оглавление
1.1. Понятие радиоактивности ..............................8
1.2. Открытие радиоактивности и
ее исследование ...............................................9
1.3. Предмет радиационной экологии ................. 16
1.4. Характеристика ионизирующих
излучений ...................................................... 18
1.5. Краткая история радиоэкологии .................. 24
Глава 2. Естественная радиоактивность
и ее влияние на биосферу..................................... 32
2.1. Космические излучения ................................ 32
2.2. Земная радиация ............................................ 56
2.2.1. Космогенные радионуклиды................ 56
2.2.2. Естественные радионуклиды................ 61
2.2.3. Земная радиация в эволюции
биосферы……………………… ............................................. 90
2.3. Дозы от источников естественной
радиации...................................................... 114
Глава 3. Проблемы радиоактивного загрязнения
биосферы ........................................................... 129
3.1. Радиационная обстановка в России ............ 130
3.2. Ядерные взрывы .......................................... 140
3.2.1. Искусственные радионуклиды
в биосфере ......................................... 146
3.2.2. Влияние ионизирующих
излучений на организм человека… ...... 153
Предисловие ..........................................................................7
Глава 1. Основные понятия и проблемы ...............................…………………………………8

3.3. Ядерная энергетика ..................................... 161
3.3.1. Атомные электростанции ................... 162
3.3.2. Атомный флот .................................... 238
3.3.3. Захоронение радиоактивных
отходов в Мировой океан ................. 250
3.4. Медицина и другие специальные
области применения радиации.................... 256
4.1. Истоки и история ........................................ 276
4.2. Стратегии будущего мирового развития ..... 287
4.3. Роль ядерного оружия и гонка ядерных
вооружений в современном мире ............... 292
4.4. Поиски решения проблем
ядерной техносферы.................................... 300
Глава 4. Императивы будущего в связи с явлением
радиоактивности ................................................ 276
Приложения ...................................................................... 320
Литература ........................................................................ 331
Об авторе.......................................................................... 357
6

Посвящаю моим сыновьям
Предисловие
Предисловие
Предисловие
Предисловие
Предисловие
В наше время, когда человечество, овладев атомной энергией, создало не только атомные электростанции, работающие на благо людей, но и ядерное оружие, способное
уничтожить нашу планету, явления радиоактивности и
их влияние на живые организмы привлекают пристальное
внимание исследователей. Этим обусловлено появление радиоэкологии. К настоящему времени в научной и научнопопулярной литературе накопилась обширная информация, посвященная воздействию ионизирующих излучений
на среду и организмы. Однако обобщающих работ, в которых обсуждались бы достаточно детально и систематически
основные проблемы радиоэкологии, до сих пор крайне мало.
До некоторой степени указанный пробел восполняют работы О.А. и К.А. Барсуковых (2003), О.И. Василенко (2004) и
Ю.П. Пивоварова (2004).
В предлагаемой работе обобщена информация, связанная
с проблемами радиоэкологии, а также сформулированы императивы будущего в связи с явлением радиоактивности. Работа написана на основе опыта преподавания в вузах экологии и радиобиологии. Необходимые материалы собирались
более 15 лет. Нами с благодарностью было принято предложение А.В. Жирмунского ознакомить читателя с ролью
В.И. Вернадского в разработке этой важной проблемы, который фактически положил начало изучению радиоактивности в России. Основы ядерной физики и радиоэкологии
(включая строение атома, взаимодействие ионизирующих излучений с веществом, методы их регистрации и аппаратуру
для измерения радиоактивности) изложены во многих учебниках. Наша задача другая. Чем больше люди знают о радиации, о ее пользе и вреде, тем эффективнее они используют
ее в своей жизни. Автор с благодарностью примет все замечания и предложения (е-mail: vv-vorobjova@yandex.ru).

1.1. Пон
1.1. Пон
1.1. Пон
1.1. Пон
1.1. ПонЯ
Я
Я
Я
Ятие радиоактивности
тие радиоактивности
тие радиоактивности
тие радиоактивности
тие радиоактивности
Глава  1
Глава  1
Глава  1
Глава  1
Глава  1
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПРОБЛЕМЫ
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПРОБЛЕМЫ
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПРОБЛЕМЫ
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПРОБЛЕМЫ
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПРОБЛЕМЫ
8
Каждый имеет право
на благоприятную окружающую среду,
достоверную информацию о ее состоянии...
 в том числе о факторах, способствующих
сохранению здоровья или оказывающих
на него вредное влияние.
Конституция Российской Федерации. Ст. 42 [156]
Естественная радиоактивность1 и сопутствующие ей ионизирующие излучения всегда существовали на Земле, и все
живые существа постоянно подвергаются ее воздействию. Сама
жизнь появилась на фоне естественных излучений.
1 Радио – первая часть сложных слов, указывающая на их отношение к радио
(например, радиоволны) или к радию, к радиации, радиоактивности [153].
2 Электрон-вольт (эВ, еV) – внесистемная единица, которая применяется для измерения энергии микрочастиц, имеющих электрический заряд: 1 эВ = 1,60201 · 10-19 Дж = 1,6  · 10-12 эрг; 1 кэВ = 103 эВ; 1 МэВ =
=106 эВ; 1ГэВ = 109 эВ. 1 эВ означает энергию движения, которую приобретает электрон при прохождении в электрическом поле участка с разностью потенциалов 1 В. Часто в электрон-вольтах выражают массу микрочастиц на основе установленного А. Эйнштейном соотношения ε = mc2
между массой m и энергией ε. 1 атом.ед.м. = 931,5016 МэВ [244, 21].
Радиоактивность (от лат. radio – излучаю, radius – луч и
activus – деятельный) – это самопроизвольное (спонтанное)
превращение некоторых неустойчивых атомных ядер в ядра
других элементов, сопровождаемое испусканием частиц. Ионизирующее излучение – потоки частиц или электромагнитных
квантов (фотонов), взаимодействие которых со средой приводит к ионизации ее атомов и молекул (образованию ионов
разных знаков), т.е. энергия излучения превышает величину
потенциала ионизации (10–12 эВ2 ). Ионизирующими излучениями являются рентгеновское и (-излучение, потоки
α-частиц, электронов, позитронов, протонов, нейтронов.
Основной закон радиоактивности выражается дифференциальным уравнением dN/dt = λN, где N – наличное число

1.2. Открытие радиоактивности и
1.2. Открытие радиоактивности и
1.2. Открытие радиоактивности и
1.2. Открытие радиоактивности и
1.2. Открытие радиоактивности и
ее исследование
ее исследование
ее исследование
ее исследование
ее исследование
1.2. Открытие радиоактивности и ее исследование
3 Нуклиды (от лат. nucleus – ядро) – общее название атомных ядер, отличающихся числом протонов Z и нейтронов N, характеризующихся массовым числом А (атомной массой) и атомным номером Z. Нуклиды с
одинаковым Z и разным N называют изотопами. Последние имеют одинаковое строение электронных оболочек, т.е. обладают сходными химическими свойствами, и занимают одно и то же место в Периодической
системе химических элементов (изотоп – от греч. isos – равный, одинаковый и topos – место). Различают устойчивые (стабильные) изотопы и
радиоактивные (радиоизотопы). Радионуклид – нуклид, обладающий
радиоактивностью [244].
Открытие радиоактивности датируется 1896  г., когда французский физик Антуан Анри Беккерель (1852–1908) (рис.
ядер, t – время, λ – так называемая постоянная распада
(радиоактивная постоянная). Это уравнение отражает независимость распада отдельного ядра от распада остальных ядер.
Интегральная форма основного закона имеет вид: Nt =
=N0e-λt, где N0 – исходное число ядер; Nt – число ядер, не
распавшихся к моменту времени t. Значение λ связано с периодом полураспада T1/2 (промежутком времени, в течение
которого число ядер уменьшается вследствие их распада
вдвое): λT1/2 = ln2 = 0,692.
Закон радиоактивного распада имеет статистический характер; для отдельного ядра предсказать момент его распада
невозможно. Для процессов радиоактивного распада характерен экспоненциальный закон уменьшения во времени среднего числа радиоактивных ядер.
Количество радиоактивного вещества измеряется не только
единицами массы (грамм и т.п.), но и активностью. Активность (А) радионуклида3  – это физическая величина, характеризуемая числом распадов dN в данном количестве N атомов (ядер) радионуклида в единицу времени dt: А = dN/dt.
Единицей активности в системе СИ является беккерель –
Бк (Bq), 1 Бк = 1 расп./с. Внесистемной международной единицей активности является кюри – Ки (Сi); 1 Ки = 3,7•1010 Бк,
что соответствует активности 1 г радия.

Глава 1. Основные понЯтиЯ и проблемы
à
á
à)
10
Ðèñ. 1.1. Антуан Анри
Беккерель (à) и Пьер
и Мария Кюри (á).
Международная серия
марок «Борьба против
рака» [131]
1.1, à) по счастливому стечению обстоятельств обнаружил испускание ураном
неизвестного проникающего излучения
[60].
Через два года французские физики
супруги Мария Склодовская-Кюри
(1867–1934) и Пьер Кюри (1859–1906)
(рис. 1.1, á) открыли два новых радиоактивных элемента: полоний и радий
(«испускающий лучи»). Они же изобрели термин «радиоактивность» для обозначения свойства вещества испускать
«лучи Беккереля».
По определению английского физика Эрнеста Резерфорда (1871–1937), изучавшего явление радиоактивности, «радиоактивность – это атомное явление,
сопровождающееся химическими изменениями, в котором порождаются
новые виды вещества. Эти изменения
должны происходить внутри атома, а радиоактивные элементы являются, должно быть, спонтанными превращениями атомов...… Поэтому радиоактивность
нужно рассматривать как проявление
внутриатомного химического процесса»
[131, с. 243].
Вскоре Склодовская-Кюри и Шмидт
обнаружили радиоактивность тория.
Поскольку «открытие явлений радиоактивности связало с ним мир атомов»,
главным объектом исследования ученых стал сам атом, его
строение.
Работами Резерфорда и Кюри было установлено наличие
трех видов радиоактивных излучений: α-, β- и (-лучей. Изучение их позволило определить, что α-частицы представляют
собой двукратно ионизированные атомы гелия, β-частицы –
электроны, (-лучи – электромагнитные излучения.