И радиационной безопасности окружающей среды
Министерство образования и науки Российской Федерации
Национальный исследовательский ядерный университет
«МИФИ»
Елохин А.П., Ксенофонтов А.И., Пырков И.В.
Основы Экологии, экологического контроля
и радиационной безопасности окружающей среды
(учебное пособие)
Москва 2015 г.
Основы экологии, экологического контроля и радиационной безопасности окружающей среды: учебное пособие / А.П. Елохин, А. И. Ксенофонтов, И.В. Пырков, под общей редакцией А.И. Ксенофонтова. М.: НИЯУ МИФИ, 2015. - 306 с.
В учебном пособии представлены основные темы по основам экология и охране окружающей среды, включающие взаимодействие организма со средой, экологические факторы и ресурсы среды, биосферу – глобальную экосистему земли, ее эволюции и факторах ее устойчивости. Приводятся основные законы экологии, термины и определения экологических явлений и понятий. Дополнительная информация по рассматриваемым вопросам дана в приложении, в частности, приведены основные методики радиационного контроля окружающей среды и основные модели программного обеспечения по оценке характеристик радиоактивного загрязнения окружающей среды при переносе газоаэрозольной радиоактивной примеси в атмосфере.
Рассмотрены правовые основы и экономические механизмы охраны окружающей среды, а также экологические права и обязанности граждан. Затронуты вопросы экологизации общественного сознания и международного сотрудничества в области экологии окружающей среды.
Более подробно рассмотрены явления антропогенных воздействий человека на биосферу, основные природоохранные принципы и методы экологического контроля окружающей среды, защиты окружающей среды при штатной работе и при радиационных авариях на ОИАЭ, проблемы экологической защиты, общие принципы построения автоматизированных систем радиационного мониторинга внешней среды для АЭС, охраны окружающей среды ее правовые и экономические аспекты, а также вопросы международного сотрудничества в области охраны окружающей среды.
учебное пособие предназначено для проведения занятий по курсу «Основы экологического контроля и радиационной безопасности окружающей среды» для студентов старших курсов, специализирующихся в области использования атомной энергии.
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
| АСКРО | - | автоматизированная система контроля радиационной обстановки |
| АСРК | - | автоматизированная система радиационного контроля |
| АЭС | - | атомная электрическая станция |
| БДК | - | беспилотный дозиметрический комплекс |
| БПЛА | - | беспилотный летательный аппарат |
| БРПС | - | беспилотный радиоуправляемый подводный скутер |
| ВВЭР | - | водо-водяной энергетический реактор |
| ВТ | - | вентиляционная труба АЭС |
| ГНЦ-ИБФ | - | Государственный научный центр РФ – институт биофизики |
| ДАН | - | допустимая антропогенная нагрузка |
| ПДВ | - | предельно допустимый выброс |
| ПДС | - | предельно допустимый сброс |
| ПДУ | - | предельно уровень |
| ЗН | - | зона наблюдения |
| ИБРАЭ | - | институт проблем безопасного развития атомной энергетики РАН |
| ИРГ | - | инертные радиоактивные газы |
| КИАЭ | - | «Курчатовский институт» атомной энергии |
| ЛРК | - | лаборатория радиационного контроля |
| МАГАТЭ | - | международное агентство по атомной энергии |
| МУ | - | методические указания |
| МЭД | - | мощность амбиентного эквивалента дозы гамма-излучения |
| НРБ | - | нормы радиационной безопасности (нормативный документ) |
| ОБУВ | - | ориентировочный безопасный уровень воздействия |
| ОВОС | - | оценка воздействия на окружающую среду |
| ОИАЭ | - | объекты использования атомной энергии |
| ОС | - | окружающая среда |
| ОЯТ | - | отработавшее ядерное топливо (облученное ядерное топливо) |
| ПС | - | программное средство |
| ПДК | - | предельно-допустимая концентрация |
| РАН | - | Российская Академия Наук |
| РАО | - | радиоактивные отходы |
| РБН | - | реактор на быстрых нейтронах |
| РН | - | радионуклид |
| РТН | - | реактор на тепловых нейтронах |
| РБ | - | радиационная безопасность |
| РБМК | - | реактор большой мощности канальный |
| РК | - | радиационный контроль |
| СЗЗ | - | санитарно-защитная зона |
| СОБ | - | счетный образец |
| СП | - | санитарные правила |
| СП АС2003 | - | санитарные правила атомных станций (нормативный документ) |
| УВ | - | уровень вмешательства |
| ЯТЦ | - | ядерный топливный цикл |
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
абиотические компоненты– неорганические вещества (углерод, азот, фосфор, вода, двуокись углерода и т.д.), органические соединения (белки, углеводы, липиды, гумус и т.д.), участвующие в кругообороте веществ в природе, а также такие физические характеристики, как температура, давление, влажность (воздушной среды), кислотность (водной среды) и другие физические факторы, определяющие особенности региона, в котором развивается экосистема.
авария радиационная: Потеря управления источником ионизирующего излучения, вызванная неисправностью оборудования, неправильными действиями работников (персонала), стихийными бедствиями или иными причинами, которая могла привести или привела к облучению людей выше установленных норм или радиоактивному загрязнению окружающей среды.
Автотрофы– организмы, использующие неорганические источники для своего существования, тем самым создавая органическую материю из неорганической. К таким организмам относятся фотосинтезирующие зеленые растения суши и водной среды, синезеленые водоросли, некоторые бактерии за счет хемосинтеза и др.
Антропогенные факторы– факторы, порожденные человеком и воздействующие на окружающую среду (загрязнение, эрозия почв, уничтожение лесов и т. д.).
Аэрация – интенсивное поступление воздуха в различные среды, способствующее быстрому окислению органических веществ. Аэрация воды (очистка воды аэрацией) необходима в тех случаях, когда требуется очистка воды от железа, марганца или сероводорода. Аэрация почвы приводит к усиленному росту корней растений и улучшает водопроницаемость. При аэрации почвы трава лучше переносит засушливые периоды.
биологический вид–совокупность сходных особей (растений, насекомых, животных и др.), которые, как индивидуумы,отличаются друг от друга.
Биотические факторы– совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую среду обитания.
величина контролируемая – величина, подлежащая измерению или определению по результатам измерений для данного вида радиационного контроля.
высота выброса эффективная – величина, равная сумме геометрической высоты источника и дополнительного подъема выброса за счет динамических и термических факторов.
Гетеротрофы– организмы, потребляющие только готовые органические вещества. К ним относятся все животные и человек, грибы и др.
группа критическая – группа лиц из населения (не менее 10 человек), однородная по одному или нескольким признакам – полу, возрасту, социальным или профессиональным условиям, месту проживания, рациону питания, которая подвергается наибольшему радиационному воздействию по данному пути облучения от АЭС.
доза эффективная: Величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности.
зона наблюдения: Территория за пределами санитарно-защитной зоны, на которой проводится радиационный контроль.
зона санитарно-защитная: Территория вокруг радиационного объекта, за пределами которой уровень облучения населения за счет нормальной эксплуатации радиационного объекта не превышает установленную для него квоту.
квота: Часть предела дозы, установленная для ограничения облучения населения от конкретного техногенного источника излучения и пути облучения (внешнее, поступление с водой, пищей и воздухом.
контроль радиационный: Получение информации о радиационной обстановке в организации, окружающей среде и об уровнях облучения людей (включает в себя дозиметрический и радиометрический контроль.
Консументы– это потребители органических веществ. Среди них: есть животные, употребляющие только растительную пищу – травоядные (пасущиеся) или питающиеся только мясом других животных – плотоядные (хищники), а также употребляющие и то и другое – «всеядные» (человек, медведь).
нормальная эксплуатация: Эксплуатация АЭС в определенных проектом эксплуатационных пределах и условиях.
неопределенность измерения: Характеристика точности измерений искомой величины с помощью данного средства измерений и методики выполнения измерений, определяющая разброс возможных при данном измерении значений, которые могли бы быть обоснованно приписаны измеряемой величине; оценивается как интервал вокруг измеренного значения величины, внутри которого с заданной доверительной вероятностью (P = 0,95) находится ее истинное значение (расширенная неопределенность). Стандартная неопределенность - неопределенность результата измерения, выражаемая как стандартное (среднеквадратическое) отклонение.
окружающая среда: Совокупность компонентов природной среды, природных и природно-антропо-генных объектов, а также антропогенных объектов.
Онтогенез – совокупность последовательных морфологических, физиологических и биохимических преобразований, претерпеваемых организмом за весь период его жизни. Онтогенез включает рост организма, т. е. увеличение массы и размеров тела, и дифференциацию, т. е. возникновение различий между однородными клетками и тканями, приводящее их к специализации по выполнению различных функций в организме. Каждый организм в онтогенезе проходит ряд стадий развития.
Ориентировочный безопасный уровень воздействия загрязняющего атмосферу вещества (ОБУВ) – временный гигиенический норматив для загрязняющего атмосферу вещества, устанавливаемый расчетным методом для целей проектирования промышленных объектов.
Осмос – явление, лежащее в основе обмена веществ всех живых организмов. Благодаря ему в каждую живую клетку поступают питательные вещества и, наоборот, выводятся шлаки. Явление осмоса наблюдается, когда два соляных раствора с разными концентрациями разделены полупроницаемой мембраной. Эта мембрана пропускает молекулы и ионы определенного размера, но служит барьером для веществ с молекулами большего размера. Таким образом, молекулы воды способны проникать через мембрану, а молекулы растворенных в воде солей ‑ нет.
Отработавшее ядерное топливо (ОЯТ) – извлеченные из активной зоны тепловыделяющие элементы (ТВЭЛ).
Парадигма – это совокупность определенных представлений и определений, каких-либо терминов, а также ценностных установок.
Популяционная экология (демэкология) – раздел экологии, в задачу которого входит изучение структуры и динамики популяций отдельных видов.
Популяция–совокупность особей одного вида способных к самовоспроизводству и располагающихся на определенной территории, определяемой как ореал их обитания.
Продуценты– наземные зеленые растения, микроскопические морские и пресноводные водоросли, производящие органические вещества из неорганических соединений, являющиеся производителями продукции, которой потом питаются все остальные организмы.
прокариоты – бактерии и сине-зеленые водоросли, в клетках которых нет ядра и ДНК в них не отделяется мембраной от цитоплазмы.
промышленная площадка (промплощадка): Территория, в пределах охраняемого периметра, где располагаются основные и вспомогательные здания и сооружения АЭС.
Протокооперация–взаимодействие между организмами, при котором оба организма получают преимущества от объединения, хотя их сосуществование не обязательно для их выживания. Например, крабы и кишечнополостные: краб «сажает» себе на спину кишечнополостное, которое маскирует и защищает его (имеет стрекательные клетки), но в свою очередь, оно получает от краба кусочки пищи и использует его как транспортное средство.
Редуценты (восстановители)– организмы, которые в результате своей жизнедеятельности возвращают вещества из отмерших организмов снова в неживую природу, разлагая органику до простых неорганических соединений и элементов (например, на СО2, NO2 и Н2О). Возвращая в почву или в водную среду биогенные элементы, они, тем самым, завершают биохимический круговорот. Это делают в основном бактерии, большинство других микроорганизмов и грибы, а также насекомые. (Функционально редуценты – это те же консументы, поэтому их часто называют микроконсутентами).
результат радиационного контроля: Значение контролируемого для объекта радиационного контроля параметра, определенное по результатам измерений в соответствии с принятой методикой радиационного контроля, с оценкой неопределенности контроля.
Синэкология (биоценология) – раздел экологии, изучающий взаимоотношение популяций, сообществ и экосистем со средой.
Состояние устойчивости атмосферы –физическое свойство атмосферы, зависящее от совокупности свойств ее компонент (температуры, влажности, продольной скорости ветра, атмосферного давления). В рамках различных моделей с.у.а. характеризуется различными параметрами. например, в рамках модели Пасквилла-Гиффорда с.у.а. характеризуется 7 классами (A,B,C,D,E,F,G) от сильно устойчивого A, до сильно неустойчивогонеустойчивогоG.В рамках эйлеровой модели с.у.а. характеризуется одним параметром μ0 = L1/L0, представляющем собой отношение масштабов пограничного L1 и приземного L0 (масштаб Монина-Обухова) слоев атмосферы. Устойчивость и неустойчивость состояния атмосферы в этом случае определяются знаком отношения (> 0 – устойчивость, < 0 - неустойчивость), а абсолютная величина – характер устойчивости (сильная, слабая) и т.д.
Сукцессия– последовательная смена биоценозов, преемственно возникающая на одной и той же территории (биотопе) под влиянием природных факторов или в результате воздействия человека.
трофическиесвязи– пищевые взаимоотношения организмов, регулирующие всю энергетику биотических сообществ и всей экосистемы в целом.
Уровень вмешательства – уровень радиационного фактора, при превышении которого следует проводить определенные защитные мероприятия.
Хемосинтез – процесс образования некоторыми бактериями органических веществ из диоксида углерода за счет энергии, полученной при окислении неорганических соединений (аммиака, водорода, соединений серы и др.).
Шумовое воздействие– одна из форм вредного физического воздействия на окружающую природную среду. Загрязнение среды шумомвозникает в результате недопустимого превышения естественного уровня звуковых колебаний. С экологической точки зрения в современных условиях шум становится не просто неприятным для слуха, но и приводит к серьезным физиологическим последствиям для человека. В урбанизированных зонах развитых стран мира от действия шума страдают десятки миллионов людей.
Эврибионтность – способность организмов существовать при различных условиях окружающей среды.
Эвтрофикация– обогащение рек, озёр и морей биогенами, сопровождающееся повышением продуктивности растительности в водоёмах. Эвтрофикация может быть результатом как естественного старения водоёма, так и антропогенных воздействий. Основные химические элементы, способствующие эвтрофикации – фосфор и азот.
Эдафические факторы– совокупность физических и химических свойств почв, способных оказывать влияние на живые организмы (растения).
Экологическая система (экосистема) биогеоценоз –определенная биологическая система, биотические компоненты которой не просто существуют рядом, а активно взаимодействуют между собой и окружающей средой, поскольку они в ней находятся.
экотип – видовая группировка в пределах определенной территории, хорошо приспособившаяся к местным условиям.
эмерджентность–наличие у системного целого особых свойств, не присущих его подсистемам и блокам, а также сумме других элементов, не объединенных системообразующими связями.
Эукариоты – животные, грибы и растения,клетки которых содержат ядро и ДНК отделена от цитоплазмы ядерной мембраной, поскольку находится в самом ядре. Грибы выделяются в особый вид эукариотов, поскольку они не относятся к растениям и имеют более тесную связь с животным миром.
ядерный топливный цикл (ЯТЦ)– вся последовательность повторяющихся производственных процессов, начиная от добычи топлива (включая производство электроэнергии) и кончая удалением радиоактивных отходов.
ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ И ПРИНЦИПЫ ЭКОЛОГИИ
1. биогенетический закон ‑организм в индивидуальном развитии повторяет исторически развитие своего вида (Э. Геккель и Ф. Мюллер).
2. Закон минимума Ю. Либиха ‑ веществом, находящемся в минимуме, управляется урожай и устойчивость последнего во времени. Фактор, ограничивающий какое-либо появление жизнедеятельности организма, называется лимитирующим.
3. закон независимости факторов В. Вильямса ‑ условия жизни равнозначны, ни один из факторов жизни не может быть заменен другим. Например, нельзя действие влажности (воды) заменить действием углекислого газа или солнечного света и т.д.
4. закон толерантности В. Шелфорда ‑ диапазон толерантности для каждого организма (популяции) ограничен его минимальным и максимальным значениями, в пределах которых только и может существовать организм (популяция).
5. общий закон биологической стойкости (по М. Ламотту) ‑ величина «оптимального интервала» характеризует стойкость организмов, т.е. величину его толерантности к этому фактору. Закон применяется к любому из важных лимитирующих факторов.
6. Законы Б. Коммонера ‑ 1) все связано со всем; 2) все должно куда-то деваться; 3) природа «знает» лучше; 4) ничто не дается даром.
7. Закон биогенной миграции атомов В.И. Вернадского ‑ миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере осуществляется при участии живого вещества.
8. Закон необратимости эволюции Л. Долло ‑ организм не может вернуться к прежнему состоянию, уже осуществленному в ряду его предков.
9. Закон физико-химического единства ‑ все живое вещество Земли физико-химически едино. Что вредно для одних видов существ, вредно и для других.
10. Закон Линдемана (правило 10 %) ‑ при переходе с одного трофического уровня экологической пирамидына другой передается в среднем 10 % энергии биомассы.
11. Закон (принцип) Гаузе ‑ два вида не могут сосуществовать, если они занимают одну и ту же экологическую нишу.
12. Законы В.И. Вернадского ‑ 1) количество живого вещества в биосфере постоянно; 2) никакой организм не может жить в создаваемых им отходах; 3) биосфера на определенной стадии своего развития преобразуется в сферу разума – ноосферу; 4) для обитателей биосферы необходима непрерывная и беапрепятсятвенная циркуляция энергии с информационной нагрузкой, оживляющий любой организм.
13. Закон максимизации энергии Ю. Одума ‑ наилучшие шансы на самосохранение имеет система, в наибольшей степени способствующая поступлению, выработке и эффективному использованию энергии и информации.
14. Закон Мальтуса ‑ население Земли растет в геометрической прогрессии, а производство продовольствие и других средств существования в арифметической.
15. Закон однонаправленности потока энергии ‑ энергия, получаемая экосистемой и усваиваемая продуцентами, рассеивается или вместе с их биомассой необратимо передается консументам. Таким образом, круговорот энергии не осуществляется.
16. Принцип неполноты информации в экологии ‑ при проведении акций по преобразованию природы информация всегда недостаточна для суждения о всех возможных результатах такого преобразования.