6.6. Радиоактивное загрязнение
окружающей среды
Само название параграфа подсказывает, что этот вид загрязнения порождён современной цивилизацией.
Радиоактивные вещества представляют собой особые химические элементы или модификации обычных элементов (изотопы), в которых атомное ядро находится в нестабильном состоянии и через некоторое время самопроизвольно распадается. В момент распада выделяется энергия (много энергии) и образуются либо обычные атомы того же вещества (нерадиоактивные изотопы), либо атомы другого вещества, которые могут быть радиоактивными. Время, в течение которого распадается половина атомов от их первоначального количества, называется периодом полураспада (обычное обозначение — ). У разных радиоактивных элементов это время может лежать в очень широких пределах — от нескольких минут (и менее) до миллиардов лет (например, у урана лет).
В природе радиоактивных веществ (и изотопов) крайне мало, но они возникают при взрывах атомных бомб и в атомных реакторах. Таким образом, радиоактивное заражение среды связано с использованием атомной энергии. Промышленные предприятия, вырабатывающие ядерные заряды для бомб или ядерное горючее для АЭС (уран , плутоний ), не создают радиоактивных загрязнений среды, но использование их продукции в военных или мирных целях сразу приводит к образованию радиоактивных изотопов.
Радиоактивные изотопы почти ничем не отличаются от своих обычных, нерадиоактивных аналогов; они вступают в те же самые химические реакции и образуют такие же соединения. Обнаружить их можно только с помощью особых физических приборов. Тем не менее, они вызывают тяжёлые болезни: в больших дозах — лучевую болезнь, в малых — различные формы рака, лейкемию, генетические нарушения, поражающие детей ещё до их рождения.
Основными радиоактивными загрязнителями являются изотопы стронция , йода и цезия , [74 и др.]. Эти элементы в обычном нерадиоактивном состоянии достаточно распространены. Например, земная кора содержит 3,4 % стронция — в 7 раз больше, чем меди.
Специфическая особенность этого вида загрязнений заключается ещё в том, что всё, относящееся к ядерному оружию, всегда держалось в глубоком секрете, составляло государственную тайну. Когда наступила пора мирного использования ядерной энергии, то и эту область продолжали курировать те же государственные комитеты, привыкшие к режиму секретности. Первоначально физики, создававшие атомное оружие, сами ничего не знали о грозной опасности заражения среды, да и пренебрегали этим (что там какое-то загрязнение крохотными отходами по сравнению с прямым и мгновенным уничтожением сотен тысяч и миллионов людей!). Потом некоторые учёные стали кое-что осознавать и ощутили беспокойство. Однако свои опасения они не могли предать гласности по тем же мотивам секретности. Но ещё раз подтвердилось: шила в мешке не утаишь.
Первое появление стронция-90 в атмосфере произошло 16 июля 1945 года. В этот день на полигоне США в штате Невада впервые был произведен взрыв атомного заряда с плутонием-239. Этот успех ознаменовал завершение многолетнего труда большого коллектива учёных и одновременно начало атомной эры человеческой истории. В охватившем всех участников возбуждении и ликовании никто и не задумался о ничтожной примеси стронция-90, поднявшейся в атмосферу в составе атомного гриба; самое большее — беспокоились о возможности выпадения значительных количеств радиоактивных веществ вблизи полигона. Таких выпадений в тот раз не было.
6 и 9 августа того же 1945 года последовало уже боевое применение двух атомных бомб с урановым и плутониевым зарядами над Хиросимой и Нагасаки. Эти дни были радостными уже не для всех. Они показали японскому правительству и народу, что их ожидает в случае продолжения войны. 17 августа Император Японии объявил о капитуляции, официальный акт которой был подписан 2 сентября. Трудно сказать, произошло ли это только по причине атомной бомбардировки, или под влиянием молниеносного разгрома Квантунской армии советскими войсками, или под воздействием обоих факторов и общей безнадёжности положения. Закончилась беспримерно кровопролитная братоубийственная 2-я мировая война. Наступил мир, перешедший в холодную войну двух лагерей, возглавляемых СССР и США, и в новую гонку вооружений.
СССР быстро создал своё атомное оружие, несколько опередив США в создании водородной бомбы. Затем последовали Великобритания, Франция, Китай… Накапливались арсеналы бомб, шло их совершенствование и, конечно, производились многочисленные испытания. Стронций-90 поступал в атмосферу, разносился воздушными течениями по всей Земле, выпадал с дождями на почву и в океан. В ходе испытаний случались непредвиденные «инциденты».
26 апреля 1953 г. на востоке США (г. Трой, штат Нью-Йорк) выпал дождь, содержавший радиоактивные вещества. Они попали в атмосферу в результате экспериментального взрыва в западном штате Невада. Почти случайно физики из университетской лаборатории обнаружили это по внезапному увеличению естественного радиоактивного фона.
В марте 1954 г. во время американских испытаний водородной бомбы на атолле Бикини на огромной площади Тихого океана выпали радиоактивные осадки. Под них попали сотни судов, но особенно пострадали 23 японских рыбака, находившиеся на судне «Счастливый дракон». На это судно выпали осадки со столь высокой радиоактивностью, что многие моряки заболели лучевой болезнью в тяжёлой форме, несколько человек скончалось. Сообщения об опасности, которую несут с собой ядерные испытания, стало невозможно держать в секрете от мировой общественности (в первую очередь — западной); они просочились в печать. В СССР тоже происходили подобные инциденты, но секретные сейфы здесь охранялись гораздо надёжнее, в основном от своего собственного народа.
Независимые группы учёных провели исследование вопроса о радиоактивном заражении среды, о путях его проникновения в организм и связанных с этим опасностях. Результаты были преданы гласности и мировая общественность была возбуждена. Заинтересованные ведомства противодействовали огласке и вызванному ею движению протеста, утверждали, что опасность не так велика. Однако из этого ничего не вышло, и в 1963 году между США и СССР был подписан Договор о запрещении ядерных испытаний в атмосфере, воде и в космосе. СССР настаивал на запрете и подземных испытаний и даже объявил о прекращении таких испытаний в одностороннем порядке. Франция и Китай к договору не присоединились и продолжали испытания в атмосфере. США перешли к подземным испытаниям, а СССР после нескольких лет бесплодных попыток убедить своих партнёров прекратить любые испытания, тоже возобновил подземные испытания. Возражения против запрета подземных испытаний мотивировались тем, что их невозможно обнаружить (т. е. проконтролировать) и, кроме того, что они не вызывают заражения среды. В дальнейшем выяснилось, что оба возражения ошибочны. Итак, перешли к подземным испытаниям, но никто не собирался отказываться от гонки вооружений, хотя бы ядерных.
Случаи вспышек лучевой болезни для радиоактивных заражений вообще-то не характерны; для этого надо получить очень большую дозу облучения за короткое время, как, например, при боевом применении атомного оружия. Для этого вида загрязнений типично иное: постепенное, медленное, незаметное возникновение заболеваний и рост количества детей с врождёнными генетическими дефектами.
Стронций-90 () представляет собой радиоактивный изотоп обычного стронция; период полураспада равен 27,7 лет. Это означает, что через 80 лет после образования его радиоактивность уменьшится в 8 раз, а через 240 лет снизится почти до нуля. Но этого достаточно, чтобы заболело много людей и детей. Нормальные живые ткани стронция не содержат; он им не нужен. Однако по химическим свойствам , как и обычный стронций, очень близок к кальцию, а кальций входит в состав всех живых клеток и тканей, растительных и животных. Попадая в почву, стронций, как и кальций, впитывается и усваивается растениями, растения поедаются животными, с теми и другими он попадает в организм человека. Клетки «не умеют» отличать стронций от кальция и накапливают его в костях, молоке.
Попав в растения, в организм животного или человека, обосновавшись в нём, атомы радиоактивного стронция как ни в чём не бывало продолжают распадаться, поражая теперь уже совсем рядом расположенные ядра клеток, их генетический аппарат. От этого и возникают болезни. Для того, чтобы возник рак, не нужно облучать много тканей. Быть может, достаточно поразить всего одну клетку, превратить её в раковую, а уж она сама разовьётся в злокачественную опухоль. Или достаточно нарушить генетический код в одной из клеток зародыша, которая при развитии и делении сама воспроизведёт массу клеток с отклонениями от нормы.
Стронций-90 накапливается преимущественно в костях. Радиоактивный йод-131 «любит» щитовидную железу. Йод в небольших количествах входит в некоторые ткани растений и животных, в частности, в щитовидную железу человека. От присутствия радиоактивного изотопа может возникнуть рак щитовидной железы.
Таким образом, чтобы покончить с радиоактивными изотопами, достаточно отказаться от ядерных испытаний; ещё лучше отказаться от самого ядерного оружия. Но остаются ещё атомные электростанции, подводные лодки и корабли. От них отказаться труднее, так как они приносят большую пользу (кроме подводных лодок, разумеется). При работе ядерных реакторов в них создаются различные радиоактивные вещества, причём в большом количестве. Однако ни в атмосферу, ни в систему охлаждения эти вещества непосредственно не поступают; по крайней мере, все реакторы проектируются так, чтобы в максимальной степени исключить такую возможность и обеспечить высокую надёжность. Но это очень трудно, поскольку тонкие трубки из циркония, в которых находится ядерное вещество, работают в условиях высокого давления, температуры и радиации. Сложная система охлаждения и теплоотбора также работает в тяжёлом режиме, и очень трудно обеспечить её герметичность и полное отсутствие утечек. Поэтому вопрос стоит не о полном отсутствии радиоактивных поступлений в окружающую среду, а лишь о допустимом их уровне. На эту тему велись нескончаемые дискуссии между руководителями промышленности и ведомствами, курирующими строительство атомных станций с одной стороны и отдельными группами учёных, медиками и поддерживавшей их общественностью с другой стороны. Защитники атомной энергетики утверждали, что фактический уровень радиационного заражения ниже допустимого, дальнейшее же его снижение приведёт к чрезмерному усложнению оборудования станций и сделает их нерентабельными. Возражения оппонентов сводились к тому, что установленные в качестве допустимых нормы радиации велики и требовали их снижения. Например, доктора Гофман и Тамплин (США) показали, что если бы население США получало допустимую дозу облучения, то число заболеваний раком и лейкемией в стране увеличилось бы на 32000 случаев в год [74]. Кроме того, указывалось на крайнюю опасность аварий на АЭС и отмечались случаи серьёзных нарушений в работе станций и возникновения предаварийных ситуаций.
Так, в марте 1957 г. возник и продолжался 4 дня крупный пожар на АЭС «Уиндскейл» в Англии. Радиоактивный дым заразил значительную территорию вблизи и, конечно, атмосферу. В марте 1979 г. при крупной аварии на АЭС «Тримол Айленд» в США большое количество радиоактивных веществ попало в окружающую среду. Аварии происходили и в СССР (в 1957 г. в Челябинской области, в 1978 г. на Белоярской АЭС, в 1982 г. на Армянской АЭС), но тогда они держались в секрете. Тем не менее, атомная энергетика развивалась во всём мире быстрыми темпами и прогнозировался дальнейший существенный рост как числа, так и мощности атомных станций. Наконец 26 апреля 1986 г. произошла крупнейшая авария на Чернобыльской АЭС в СССР, подтвердившая самые страшные опасения пессимистов. Истечение радиоактивных веществ из разрушенного реактора продолжалось несколько суток. Почва и вода в густонаселённой местности вблизи границы Украины и Белоруссии были заражены, от облучения пострадали десятки тысяч жителей, из зоны поражения пришлось переселить в другие местности более 180 тысяч человек. О полной ликвидации последствий не могло даже быть речи; только на работы по снижению радиоактивного заражения местности пришлось затратить многие миллиарды рублей. Радиоактивные осадки проникли в Западную Европу, достигли Австрии, ФРГ, Италии, Норвегии, Швеции, Финляндии, не говоря уже о близко расположенных Польше и Румынии.
После аварии сопротивление мировой общественности атомному строительству резко возросло, многие страны пересмотрели и притормозили свои программы в этой области. К тому же стали известны случаи аварий атомных подводных лодок, ранее засекреченные.
Как оказалось, подземные испытания тоже не могут обеспечить полную безопасность. На полигонах в Неваде (США), Семипалатинске (СССР) при подземных взрывах наблюдалась утечка радиоактивных газов в атмосферу. Обнаружились места с повышенной радиоактивностью вблизи исследовательских реакторов, расположенных внутри крупных городов, на свалках, куда стали попадать радиоактивные отходы и изделия.
Появилась информация о случаях бесконтрольного использования, краже, нелегальной продаже радиоактивных компонентов и документации.
Сейчас трудно сказать, придётся ли человечеству отказаться от использования атомной энергии. Автору кажется, что этого не произойдёт: слишком велики энергетические потребности в условиях исчерпания ресурсов горючих ископаемых, которые, кстати, загрязняют среду куда активнее, чем АЭС. Просто придётся обратить особое внимание на предотвращение возможности аварий и принять все меры по предотвращению утечки радиоактивных материалов.
Атомная энергетика выдвигает ещё одну проблему, связанную с загрязнением среды. После того, как урановые стержни в реакторах отработают, они очень долго, сотни, а то и тысячи лет остаются радиоактивными и потенциально опасными. Куда их девать? На эту тему существует много проектов: от захоронения в глубоких морских впадинах, против чего справедливо возражают океанологи и биологи, до вывода в космос, но общепризнанного решения так и не найдено. Пока что бетонные контейнеры с отработанными стержнями находятся на поверхности Земли и ждут решения своей участи. В таких контейнерах уже накопилось около 50 тысяч тонн радиоактивных веществ. Ожидается, что к 2000 году их будет 125 тысяч тонн.