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 неустойчивогонеустойчивого G. В рамках эйлеровой модели с.у.а. характеризуется одним параметром μ ₀ = L ₁/ L ₀, представляющем собой отношение масштабов пограничного L ₁ и приземного L ₀ (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.