Исторические аспекты выявления и изучения ионизирующих излучений.

РАЗДЕЛ 2 ОСНОВЫ РАДИОЭКОЛОГИИ

ЛЕКЦИЯ 1 Радиоэкология и история её развития

План лекции

1 Радиоэкология и история ее развития, предмет и задачи радиоэкологии.

2 Природные и техногенные источники радиационного загрязнения окружающей среды.

Радиоэкология и история ее развития, предмет и задачи радиоэкологии.

Радиоэкология – раздел экологии в котором сконцентрированы знания о передвижении нуклидов в биосфере и  степени воздействия ионизирующей радиации на природные сообщества живых организмов.

Лесная радиоэкология является одной из областей радиоэкологии, основное содержание которой составляет изучение миграции радиоактивных веществ в лесах и воздействии ионизирующих излучений на лесные биогеоценозы.

Радиоэкология леса как научная дисциплина в своих исследованиях опирается на достижения лесоведения и лесоводства. Одна из основных задач лесной радиоэкологии, заключается в исследовании особенностей передвижения радионуклидов, в лесном биогеоценозе. Помимо теоретического интереса получение научной информации о переносе радионуклидов в лесном биогеоценозе имеет практическое значение с нескольких позиций:

- изучение особенностей накопления радионуклидов в лесной растительности необходимо для разработки научно обоснованных способов использования продукции лесного хозяйства с повышенным содержанием радиоактивных веществ;

- данные по дозам облучения различных компонентов лесного биогеоценоза являются условием прогноза радиационного воздействия на лес;

- особенности передвижения радиоактивных веществ позволяют оценить роль лесов как специфических ландшафтных образований в миграции радионуклидов по времени и в пространстве.

Пути миграции искусственных радионуклидов в лесном биогеоценозе достаточно сложны и многообразны, что зависит в первую очередь от структуры и архитектоники лесного сообщества и характера трофических взаимосвязей между группами живых организмов в ценозе. Важную роль в первичном распределении радионуклидов в лесах играют источники поступления радиоактивных веществ в лесной биогеоценоз (выпадение радиоактивных частиц и аэрозолей на лесопокрытую площадь, поступление радионуклидов в лесные растения из почвы и т. д.). Дальнейшая миграция радиоактивных веществ в лесах определяется особенностями пищевых отношений у животного и растительного населения леса.

Итак, задача лесной радиоэкологии - построение пространственно-временной картины передвижения в пределах отдельного лесного биогеоценоза радионуклидов, введенных в этот ценоз в течение такого периода времени, пока не произойдет их практически полный распад.

Исторические аспекты выявления и изучения ионизирующих излучений.

Радиоактивность — отнюдь не новое явление. Новизна состоит лишь в том, как люди пытаются ее использовать. И радиоактивность, и сопутствующее ей ионизирующее излучение, существовали на Земле задолго до зарождения на ней жизни и присутствовали в космосе до возникновения самой Земли.

Ионизирующее излучение сопровождало и Большой взрыв, с которого, как сейчас полагают, началось существование нашей Вселенной около 20 миллиардов лет назад. С того времени радиация постоянно наполняет космическое пространство. Радиоактивные вещества вошли в состав Земли с самого ее рождения. Даже человек слегка радиоактивен, т. к. во всякой живой ткани присутствуют в следовых количествах радиоактивные вещества. С момента открытия этого универсального фундаментального явления прошло чуть более 100 лет.

В 1896г. французский ученый Анри Беккерель положил несколько фотографических пластинок в ящик стола, придавив их кусками минерала, содержащего уран. Когда он проявил пластинки, то, к своему удивлению, обнаружил на них следы каких-то излучений, которые он приписал урану. Вскоре этим явлением заинтересовалась Мария Кюри, которая и ввела в обиход слово «радиоактивность». В 1898 г. она и ее муж Пьер Кюри обнаружили, что уран после излучения таинственным образом превращается в другие химические элементы. Один из этих элементов они назвали «полонием» — в память о родине Марии Кюри, а другой - «радием», поскольку по-латыни это слово означает «испускающий лучи». Но открытие Беккереля и исследования супругов Кюри были подготовлены более ранним важным событием в научном мире — открытием в 1895 г. рентгеновских лучей. Эти лучи были названы так по имени открывшего их (тоже, в общем, случайно) немецкого физика Вильгельма Рентгена.

Вскоре после открытия рентгеновских лучей физиолог И. Р. Тарханов (1896) провел изучение реакции нервной системы на лучевое воздействие. В 1904 г. в исследовании Е. С. Лондона впервые были описаны последствия общего и местного облучения большими дозами, введены понятия о радиочувствительности различных органов и тканей. Возникновение рака кожи у людей, контактировавших с лучами Рентгена и радия, обнаружили в 1902 г. Г. Фрибен и в 1924 г. Г. Уокли.

Освоение космоса привело к открытию радиационных поясов Земли. В природе распространены радиоактивные вещества, создающие естественный радиационный фон, воздействующий на все живое. В связи с этим в конце XIX пека зародилась радиационная биология. При этом сначала эпизодические исследования позволили получить данные о воздействии различных излучений на организмы и использовании радиоактивных вод, радия и других радионуклидов в лечебных целях, т. е. большая часть исследований была посвящена проблемам медицинской радиобиологии.

Беккерель одним из первых столкнулся с самым неприятным свойством радиоактивного излучения: воздействием его на ткани живого организма. Он положил пробирку с радием в карман и получил в результате ожог кожи. Мария Кюри умерла, по-видимому, от заболевания крови, поскольку слишком часто подвергалась воздействию радиоактивного излучения. По крайней мере около 300 человек, работавших с радиоактивными материалами в то время, умерли в результате облучения.

Несмотря на это, небольшая группа талантливых, преимущественно молодых ученых направила свои усилия на разгадку одной из самых волнующих загадок всех времен, стремясь проникнуть в самые сокровенные тайны материи. К сожалению, результатом их поисков суждено было воплотиться в атомную бомбу - в 1945 году. Взрывы этих бомб в конце второй мировой войны привели к колоссальным человеческим жертвам. Но практическим воплощением результатов их исследований явилось и создание первых в мире атомных электростанций в г. Обнинске (СССР, 1954 г.) и Великобритании (1956г.).

Огромным научно-техническим достижением XX века явилось освоение человечеством атомной энергии. Только для выработки электроэнергии в настоящее время на Земле используется свыше 500 атомных реакторов. Мировая атомная энергетика продолжает развиваться. Сегодня АЭС вырабатывают около четверти всей электроэнергии в мире, а в отдельных странах эта доля значительно выше: США, Великобритания – 20-25, Япония - 30, Германия - 35, Испания - 40, Франция - 75%. В России находится в эксплуатации свыше 30 промышленных энергоблоков на девяти АЭС общей установленной мощностью свыше 20МВт.

Известно более 150 аварий на предприятиях атомной энергетики в 15 странах мира. Эти аварии, а также различные испытания ядерного оружия загрязнили радиоактивными веществами значительную часть планеты. О масштабах радиационной опасности можно судить по тому, что с августа 1949 г. по октябрь 1990 г. на территории СССР было проведено около 1000 ядерных испытаний, в том числе четверть из них в атмосфере.

И. В. Курчатов предупреждал, что если и впредь испытания атомного оружия будут продолжаться в том же темпе, то вследствие выпадения на поверхность Земли образующихся при взрыве и распространяющихся по всему Земному шару радиоактивных изотопов стронция, цезия и углерода в будущем в каждом поколении будет поражено наследственными заболеваниями несколько миллионов человек.

Сильное радиоактивное загрязнение территорий поставило вопрос о выявлении закономерностей загрязнения продуктов питания, миграции различных радионуклидов в цепи «почва-растения-животные-продукты». Такие исследования проблем миграции радионуклидов были начаты одновременно в СССР, США, Англии и др. странах.

В первые годы испытаний ядерного оружия были получены данные о том, что молоко, мясо и продукты их переработки являются главными источниками поступления радионуклидов в организм человека.

Большой вклад в оценку радиационно-гигиенической значимости продуктов животноводства внес Ленинградский научно-исследовательский институт радиационной гигиены.

Л. П. Бреславец и др. (1932) установили стимулирующее воздействие ионизирующих излучений на рост, развитие и урожайность растений. В Институте биофизики АН СССР, Агрофизическом научно-исследовательском институте, других НИИ и вузах страны проведены эксперименты, указывающие на возможность использования стимуляционных эффектов облучения при соблюдении определенных условий.

Постепенно происходило становление нового направления науки — радиационной биологии, главными целями которой являются изучение влияния радиации на клеточные образования, клетки, ткани, живые организмы, а также разработка надежных методов защиты их от вредного радиационного воздействия. В смежных областях науки появились и более частные направления: радиогигиена, задачей которой является отработка способов защиты людей от вредного радиационного воздействия, определение предельно допустимых уровней радиационного загрязнения среды и продуктов питания; радиотоксикология, интересы которой сводятся к поиску степени поражаемости разных органов и тканей радиоактивными веществами с выяснением механизма поражения; радиационная геохимия, занимающаяся изучением миграции радионуклидов на поверхности земли и др. Самостоятельным направлением стала радиационная экология или радиационная биогеоценология, задачей которой является выяснение путей миграции радионуклидов и возможностей их накопления в биогеоценозах, а также познание закономерностей сообществ и популяций организмов, обитающих в условиях повышенного фона ионизирующей радиации, а также радиационное лесоводство.

Термоядерные реакции. На нашей планете в результате их осуществляется искусственное изменение ядерного вещества. Эти реакции протекают лишь при температурах, достигающих нескольких миллионов градусов. В таких условиях ядра легких атомов, двигаясь с большими кинетическими энергиями, сближаются на супер малые расстояния и объединяются в ядра более тяжелых элементов. На этом принципе основано устройство термоядерных зарядов. Они состоят из плутониевого запала, служащего для создания высокой температуры, и смеси изотопов легкого элемента. Так как при образовании ядер гелия из водорода выделяется относительно большая энергия, чем при реакции деления, водородная бомба обладает большей разрушающей силой.