Общественность обеспокоена проблемами ядерной безопасности, возможностью загрязнения окружающей среды радиоактивными отходами, в том числе и радиоактивным водородом - тритием, и его соединениями. Тритий - бета-излучатель, в силу своих радиохимических свойств, легко растворяется в жидкостях, попадает в организм человека, нанося ущерб здоровью.
Тритий используется в термоядерной реакции бустирования (усиления) первичного узла ядерного боезаряда. Термоядерный заряд представляет собой многоступенчатое взрывное устройство, мощность взрыва которого достигается за счет последовательно происходящих взрывов плутониевого и тритиевого зарядов3.
Тритий также образуется в активной зоне атомных реакторов при облучении урана и плутония. При облучении плутония образование трития увеличивается вдвое. Кроме того, тритий образуется в теплоносителе (охлаждающей среде), при охлаждении им тепловыделяющих стержней реактора. Из реакторов и установок по переработке топлива тритий выделяется или в виде содержащего тритий водорода (НТ), или в виде содержащей тритий воды (НТО), которые попадают в атмосферу, в реки и озера. В конце концов любой выброшенный тритий оказывается в виде тритированной воды (вода, в составе которой в молекулах содержится тритий). Повышение уровня трития в окружающей среде приводит к повышению содержания трития в растениях, организмах животных и людей. Тритированная вода (НТО) замещает обычную воду (Н2О). В организмах и растениях устанавливается соотношение концентраций НТО и Н2О, близкое соотношению в окружающей среде.
Тритий - важнейший биологически значимый радионуклид. В современной литературе, посвященной оценкам риска от радиационного воздействия, все чаще встречается термин «тритиевая проблема». Являясь изотопом водорода, тритий входит в состав многих органических соединений, в том числе и биологически важных. Его радиоактивный бета-распад приводит к нарушению молекулярных структур и межмолекулярных связей под действием собственного бета-излучения, а также в результате превращения трития в изотоп гелия. В естественных условиях источником непрерывного синтеза трития в атмосфере являются ядерные реакции под действием космического излучения на ядра атомов химических элементов, образующих атмосферу. Тритий встречается в атмосфере в виде окиси трития (НТО), молекулярного водорода (НТ) и метана (СН3Т). До 1954 г. на Земле имелось примерно 2 кг природного, естественного трития (примерно 666 ПБк), из которых 10 г остаются в атмосфере, 13 г находятся в подземных водах, а остальное количество переходит в воду океанов. Первый термоядерный взрыв водородной бомбы (март 1954 г.) резко увеличил концентрацию трития в дождевой воде, выпадающей в северном полушарии, а затем продолжался рост его удельной активности в во всех экологических средах до прекращения испытаний термоядерного оружия в 1962 г. При подземных ядерных взрывах в окружающую среду поступает также значительное количество трития.
Средняя энергия бета-излучения 5,8 кэВ.Максимальная энергия излучения 18,5 кэВ.Период полураспада 12,3 года. На полный распад требуется больше 120 лет.Радиоактивный изотоп тритий бывает как природного - космогенного происхождения, так и техногенного.
Внешнее облучение организма тритием не представляет большой опасности для здоровья. Роговые слои кожи (толщиной около 70 мкм) удовлетворительно защищают от бета-частиц низкой энергии. Доза тормозного облучения тритием (рентгеновские лучи) еще меньше. Но попадание трития в любой форме в организм представляет потенциальную опасность. Период биологического полувыведения тритийсодержащей воды колеблется от 9 до 14 суток для разных людей (в среднем 12 суток). Из-за низкой растворимости трития (или водорода) в жидкости человеческого организма обычно считают, что тритийсодержащая вода представляет большую биологическую опасность, чем газообразный тритий.
В настоящее время уровни концентрации трития в окружающей среде обусловлены глобальными источниками - тритием естественного происхождения и, в определенной мере, прежними термоядерными испытаниями. Вклад в повышение локальных уровней содержания трития в окружающей среде дают промышленные ядерные объекты (ядерные установки, исследовательские реакторы, заводы по регенерации отработавшего ядерного топлива).
Благодаря тому, что тритий поступает в водоносный горизонт в постоянных количествах, вблизи водоема В-9 образовалась зона загрязнения подземных вод со стабильными концентрациями этих компонентов. В результате использования водоема В-9 в качестве хранилища радиоактивных отходов в подземные воды поступило значительное количество трития.
Г выбросов. Ввиду отсутствия системы измерения, вернее разработанных методов измерения, а также отсутствия концепции о негативной роли выбросов соответствующие измерения не проводились. Лишь к 1958-1959 гг. были разработаны основные подходы к оценке состояния окружающей среды, к оценке радиоактивных выбросов.
В таблице 3 представлены концентрации трития в водоемах Челябинской области, расположенных в разном направлении и на разном удалении от ПО «Маяк» за 1982 и 1986 гг., по данным службы мониторинга ПО «Маяк». Практически по всем исследуемым водоемам прослеживается локальное загрязнение вод тритием. Концентрации в 4-25 раз выше глобального фонового уровня загрязнения поверхностных водоемов тритием в анализируемые годы. В восточном направлении границы распространения загрязнения тритием несколько дальше, так как на данной территории преобладают ветра западной четверти.
В силу того, что тритий легко и достаточно быстро окисляется в воде, то наиболее распространенным методом оценки его содержания в окружающей среде является его содержание в атмосферных осадках.В зимнее время после прекращения снегопада приемный сосуд закрывают крышкой и в помещении дают снегу растаять без подогрева, чтобы избежать испарения. Пробы маркируются, в сопроводительном листе записывается дата отбора, количество осадков, выпавших за исследуемый период, их продолжительность, относительная влажность воздуха, температура и другие метеопараметры. Эти данные необходимы для расчета концентрации трития на объем воздуха.
Все люди подвергаются воздействию естественного фона излучения природных радиоактивных веществ. Так, в США средняя доза облучения всего организма из-за естественного фона излучения равна 0,7-2,2 мЗв/год, в Германии 1,1 мЗв/год.
ПО «Маяк» производит сброс жидких радиоактивных отходов в водоемы, расположенные на территории промышленной площадки, входящие и не входящие в состав Теченского каскада водоемов (ТКВ). Исторически сложившаяся система отведения ЖРО среднего и низкого уровня активности в открытые водоемы не отвечает современным требованиям обращения с РАО и потому может рассматриваться только как временная мера.
Тритий - чистый бета-излучатель со средней энергией излучения 0,018 МэВ, что на два порядка меньше энергии бета -излучения радиоуглерода. С этим связана особенность повреждений тканей, производимых тритием. Обладая наименьшей энергией бета-частиц, тритий создает значительную плотность ионизации ткани (число пар ионов, образуемых заряженной частицей на единице ее пути). Кроме того, пробег бета-частиц трития значительно меньше геометрических размеров клеток, поэтому поражение тритием локализуется возле самого изотопа, и общее поражение зависит от геометрии его распределения в тканях организма и микр о геометрии распределения в клетке. Атомы трития замещают в молекулах ткани атомы водорода. Биологическое воздействие трития усиливается тем, что при его распаде образуется инертный гелий. Поэтому водородные связи в этом месте будут рваться, что должно сказываться на нарушении процесса синтеза органических структур при жизни индивида и оказывать воздействие на наследственность, возможно отдаленную.
Тритий образуется при ядерных и термоядерных взрывах. Взрыв водородной бомбы мощностью 1 Мт приводит к выделению 7-20 МКи трития. После взрыва тритий выпадает на земную поверхность с атмосферными осадками. При подземных ядерных взрывах также образуется тритий вследствие реакций деления и синтеза. Тритий образуется в ядерных энергетических реакторах непосредственно в ТВЭЛах. При делении и и Ри существует вероятность тройного деления, т.е. образования трех осколков, одним из которых является тритий.
При попадании радионуклидов в водную среду на них влияют потоки, в которых они перемещаются под действием молекулярной и турбулентной диффузии. В растворе радионуклиды могут адсорбироваться микроорганизмами и далее с пищей поступать в высшие организмы. Некоторые из этих организмов отмирают, перенося радионуклиды в донные отложения, откуда они могут вновь включаться в биологические цепочки.
Максимальный пробег бета-частиц трития в веществе настолько мал, что практически исключается применение каких-либо пленок, отделяющих измеряемый объект от рабочего вещества измерительного прибора. Последнее обстоятельство определяет специфику аппаратуры для регистрации излучения трития. Определение содержания трития в различных средах основано на измерении его активности ионизационными или сцинтилляционными методами, а также на использовании других физико-химических свойств этого нуклида с помощью масс-спектрометрических, калориметрических, фотографических и других методов. Измерением активности в некоторых случаях можно надежно обнаруживать присутствие трития в пробе до 10-16 г, что соответствует приблизительно 107 атомам трития, или активности 37 мБк. Радиометрические методы можно применять для измерения содержания трития в веществах, находящихся в любом агрегатном состоянии.
Бета-частица трития на своем пути в воздухе образует в среднем около 170 пар ионов.Ионизационные камеры используют преимущественно для измерения содержания трития в газовых средах, которые вводятся во внутренний объем камеры. В некоторых случаях открытые ионизационные камеры применяют для контроля содержания трития в твердых образцах (на поверхностях).
Масс-спектрометрический, спектральный метод, метод ядерного магнитного резонанса и др. основаны на физико-химических свойствах трития. Несмотря на то, что эти методы пока не находят широкого применения, в будущем они могут получить дальнейшее развитие.
Эксплуатация установок по получению и переработке трития, ядерных и термоядерных реакторов и устройств, заводов по регенерации отработавших ТВЭЛов, нейтронных генераторов с тритиевыми мишенями и другими неизбежно связано с поступлением в вентиляционную систему и выбросом в окружающую среду определенного количества трития и его соединений.
Один из широко применяемых физических методов очистки газов от трития - диффузия через металлические или металлокерамические мембраны, избирательно пропускающие тритий. Чаще всего для избирательной диффузии трития используют палладий и его сплавы. Как правило, диффузионные диафрагмы располагают между двумя камерами: впускной для очищаемого газа и выпускной для Т2. При этом диафрагмы могут иметь самые различные геометрические формы, а камеры - различную конструкцию.