Файл: лекции ядер безопас.doc

Одно из решений этой проблемы — повторное использование переработанного плутония в качестве топлива, (например, в ядерных реакторах на быстрых нейтроннах). Однако само существование фабрик по регенерации ядерного топлива, необходимой для отделения плутония от других элементов, создает возможность для распространения ядерного оружия. В пирометаллургических быстрых реакторах получаемые отходы имеют актиноидную структуру, что не позволяет использовать их для создания ядерного оружия.

Переработка ядерного оружия

Отходы от переработки ядерных взрывных устройств (в отличие от их изготовления, которое требует первичного сырья из реакторного топлива), не содержат источников бета- и гамма-лучей, за исключением трития и америция. В них содержится гораздо большее число актиноидов, испускающих альфа-частицы, таких как плутоний-239, подвергающийся ядерной реакции в бомбах, а также некоторые вещества с большой удельной радиоактивностью, такие как плутоний-238 или полоний.

В прошлом в качестве ядерного взрывного заряда в бомбах предлагались бериллий и высокоактивные альфа-излучатели, такие как полоний. Сейчас альтернативой полонию является плутоний-238. По причинам государственной безопасности, подробные конструкции современных бомб не освещаются в литературе, доступной широкому кругу читателей.

Некоторые модели ядерных взрывных устройств также содержат радиоизотопные источники энергии (РИТЭГ), в которых в качестве долговечного источника электрической мощности для работы электроники взрывного устройства используется плутоний-238.

Возможно, что расщепляющееся вещество старой бомбы, подлежащее замене, будет содержать продукты распада изотопов плутония. К ним относятся альфа-излучающий нептуний-236, образовавшийся из включений плутония-240, а также некоторое количество урана-235, полученного из плутония-239. Количество этих отходов радиоактивного распада ядра бомбы будет очень мало, и в любом случае они гораздо менее опасны (даже в переводе на радиоактивность как таковую), чем сам плутоний-239.

В результате бета-распада плутония-241 образуется америций-241. Увеличение количества америция — большая проблема, чем распад плутония-239 и плутония-240, так как америций является гамма-излучателем (возрастает его внешнее воздействие на рабочих) и альфа-излучателем, способным вызвать выделение тепла. Плутоний может быть отделен от америция различными способами, среди которых — пирометрическая обработка и извлечение при помощи водного/органического растворителя. Видоизмененная технология извлечения плутония из облучённого урана (PUREX) — также один из возможных методов разделения.

В массовой культуре

В художественной литературе и фильмах РАО обычно рассматриваются в качестве источника сверхвозможностей для человека или вызывают мутации, проявляющиеся сразу же после облучения или через несколько дней.

Пример подобного сценария — снятый в 1981 году фильм «Современные проблемы», в котором актёр Чеви Чейз сыграл ревнивого, доведенного до ручки авиадиспетчера Макса Фидлера. Макс, которого оставила любимая девушка, попадает в контакт с радиоактивными отходами и обретает способности к телекинезу, при помощи которого не только возвращает любимую, но и совершает маленькую месть.

Также приобретение сверхспособностей в результате контакта с РАО часто обыгрывается в западных мультфильмах. Например, в эпизоде «Family Guy Viewer Mail № 1» мультсериала «Гриффины».

Реально же воздействие радиоактивных отходов описывается воздействием ионизирующего излучения на вещество и зависит от их состава (какие радиоактивные элементы входят в состав). Радиоактивные отходы не приобретают никаких новых свойств, не становятся опаснее от того, что они — отходы. Их бо́льшая опасность обсуловлена только тем, что часто их состав очень разнообразен (как качественно, так и количественно) и иногда неизвестен, что усложняет оценку степени их опасности, в частности, доз, получаемых в результате аварии.

Тема 4. Радиационная опасность ядерного взрыва и аварии на радиационно-опасном объекте.

Вопросы к теме

1. Проникающая радиация.

2. Радиоактивное заражение местности.

3. Зонирование зараженной местности.

4. Нормы радиационной безопасности.

5. Защита от ионизирующего излучения.

6. Защитные свойства материалов.

Проникающая радиация

Поражающее действие ядерного оружия обусловлено внутриядерной энергией, выделяющейся в результате взрывных процессов деления или синтеза ядер. Ядерная энергия - это энергия, освобождающаяся при различных превращениях ядер. Процесс быстрого освобождения большого количества внутриядерной энергии в ограниченном объеме называется ядерным взрывом. В зависимости от задач, решаемых путем применения ядерного оружия, от вида и места нахождения объектов (целей) ядерные взрывы могут быть произведены в воздухе на различной высоте (в том числе в космическом пространстве), у поверхности земли и под землей (под водой). Космический взрыв применяется на высоте более 65 километров для поражения космических целей. Высотный взрыв - на высотах от 10 до 65 километров для поражения воздушных целей. Для наземных целей он представляет опасность только путем воздействия на электро- и радиоприборы. Основными поражающими факторами такого взрыва являются проникающая радиация, рентгеновское излучение, газовый поток, ионизация среды, электромагнитный импульс, световое излучение, слабое радиоактивное заражение среды. Высотные взрывы создают области повышенной ионизации, которые влияют на распространение радиоволн КВ-диапазона, на средства связи (кроме УКВ). Они применяются для уничтожения головных частей ракет, самолетов и других летательных аппаратов, со­здания помех радиосвязи и управлению.

Воздушный взрыв происходит на высотах от нескольких сотен метров до нескольких километров. Радиоактивное заражение местности при этом практически отсутствует. Светящаяся область взрыва не касается поверхности земли. Внешние признаки его - сферическая (шаровая) светящаяся область при высоком взрыве и деформированная снизу - при более низком. Образуется грибовидное облако. Основные поражающие факторы: ударная волна, световое излучение, электромагнитный импульс, проникающая радиация, незначительное заражение местности в районе взрыва. Ядерные взрывы такого вида применяются для уничтожения населения, личного состава войск, техники, расположенной открыто или в сооружениях простого типа, воздушных целей, а также не особо прочных наземных сооружений. Наземный взрыв осуществляется на поверхности земли или на такой высоте, когда светящаяся область касается грунта. Последняя внешне имеет форму усеченного шара или полусферы у поверхности земли. Возникает грибовидное облако темных тонов. Характерная особенность этого вида взрыва - сильное радиоактивное заражение местности.

Основные поражающие факторы, кроме названного - ударная волна, световое излучение, электромагнитный импульс, проникающая радиация, сейсмовзрывные волны. Наземные взрывы применяются для уничтожения населения и личного состава войск, расположенных в защитных сооружениях и находящихся открыто, в зонах сильного радиоактивного заражения, укрытой техники, а также для разрушения сооружений большой прочности. Поражающими факторами ядерного взрыва являются: воздушная ударная волна, световое излучение, проникающая радиация, радиоактивное заражение территории, электромагнитный импульс. Ударной волной называется резкое и значительное по величине сжатие среды (воздуха, грунта, воды), распространяющееся во все стороны от центра взрыва со сверхзвуковой скоростью (1 километр - за 2 секунды, 2 километра - за 5 секунд, 8 километров - за 8 секунд). От наземного взрыва ударная волна распространяется вдоль поверхности земли. Она обладает способностью «затекать» в сооружения (открытые защитные двери убежищ, котлованы).

Поражения людей происходят в результате непосредственного и косвенного воздействия ударной волны. У людей могут быть также различные нервно-психические нарушения. Непосредственное поражение человека ударной волной определяется в основном избыточным давлением во фронте ударной волны и скоростным напором (метательное действие). В итоге у людей могут возникнуть травмы различной степени тяжести. Косвенное воздействие проявляется в виде травм человеку в результате его ударов о землю при отбросе скоростным напором, ударов обломками различных предметов (фрагментами зданий, камнями, падающими деревьями и т.д.).

Ударная волна поражает также открыто расположенную технику - как действием избыточного давления, так и вследствие отбрасывания объекта скоростным напором и удара его о землю. Различают слабые, средние и сильные повреждения и полное разрушение техники. Для защиты населения от ударной волны следует использовать защитные свойства местности и техники, возводить инженерные сооружения коллективного типа. Основные из них - убежища 4-го класса, которые уменьшают радиус зоны поражения людей по сравнению с открытым их расположением при наземном взрыве - в 3-5 раз, при воздушном - в 6-8 раз (перекрытые щели - только в 1,5-2 раза). Световое излучение ядерного взрыва представляет собой электромагнитное излучение оптического диапазона, включающее ультрафиолетовую, видимую и инфракрасную область спектра. Источники этого излучения - светящаяся область взрыва в воздухе. По своей природе оно преимущественно тепловое. Попадая на поверхность объекта, оно частично отражается, частично поглощается, а если объект пропускает излучение, то частично проходит сквозь него. Так, стекло пропускает до 90% энергии, а черная поверхность поглощает до 95% ее. Светлые поверхности большую часть энергии отражают и, следовательно, меньше нагреваются. У людей световое излучение может вызвать ожоги открытых участков тела, да и под одеждой, ожоговые поражения глаз и временное ослепление, которое, как правило, проходит без каких-либо последствий. Днем оно длится 1-5 минут, ночью - до 30 минут и более.

Световое излучение может вызвать также возгорание и обугливание деревянных частей вооружения и техники, резиновых деталей у автомобилей, чехлов и т.д. Любая преграда, способная создать тень, защищает от прямого действия светового излучения и исключает ожоги. Чем быстрее человек укроется в тени какой-либо преграды, тем меньше он получит ожогов. В туман, дождь, снегопад действие такого излучения значительно слабее, чем в ясную погоду. Проникающая радиация - это поток гамма-лучей и нейтронов, испускаемых при ядерном взрыве в течение 15-25 секунд.

Доза гамма-излучений измеряется в рентгенах (Р), суммарная поглощенная доза гамма - нейтронного излучения - в радах (рад). Поражающее действие ионизирующего излучения определяется количеством энергии, поглощаемой биологической тканью (поглощенная доза). Единица поглощенной дозы -рад. 1 рад - это доза, при которой в 1 грамме вещества поглощается количество энергии, равное 100 эрг или 10 Дж/кг. А единица мощности поглощенной дозы - рад/сек, рад/ч.

Приведем значения всех существующих единиц измерения доз ..ионизирующего излучения. 1 рад = 1,06 бэр = 0,01 Гр = 1,14 Р = 0,01 Дж/кг = 100 эрг/ч; 1 бэр = 0,943 рад = 1,07 Р = 100 эрг/ч = 110 Дж/кг = 0,01 Гр = 0,01 Зв; 1 Р = 0,93 бэр = 0,877 рад = 0, 009 Зв; 1 Зв = 100 бэр = 107 Р = 0,943 Гр; 1 Гр= 100 рад = 1 Дж/кг = 114 Р = 106 бэр = 1,06 Зв.

Грэй - это поглощенная доза излучения, соответствующая энергии 1 Дж ионизирующего излучения любого вида, переданной облученному веществу массой 1 килограмм.

Зиверт - эквивалентная доза излучения любого вида, поглощенная в 1 килограмме биологической ткани и создающая такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 Гр фонового излучения.

Мощность поглощенной дозы (Гр/сек) - приращение дозы в единицу времени. Характеризует скорость накопления дозы и может увеличиваться или уменьшаться со временем. Число ядер, распадающихся в 1 секунду, называется активностью радиоактивного вещества (РВ). Беккерель (Бк) = 1 распад в секунду.

Плотность радиоактивного заражения (загрязнения) - 1 Ки/м2 - количество распадов в секунду на единицу поверхности (на единицу объема - Ки/л, Ки/м3; на единицу веса - Ки/кг). Загрязнение плотностью 1 Ки/м2 эквивалентно мощности дозы 10 Р/ч или 1 Р/ч =10 мКи/см2.

Для оценки радиационной обстановки на местности, в рабочем или жилом помещении, обусловленной воздействием рентгеновского или гамма-излучения, используют экспозиционную дозу облучения. Единица ее - кулон на килограмм, но на практике чаще используют внесистемную единицу - рентген. Поглощенной дозе 1 рад соответствует экспозиционная доза примерно в 1 Р.

При облучении живых организмов возникают различные биологические эффекты, разница между которыми при одной и той же поглощенной дозе объясняется разными видами облучения. Принято сравнивать биологические эффекты, вызываемые любыми ионизирующими излучениями, с эффектами от рентгеновского и гамма-излучения, т.е. вводится понятие об эквивалентной дозе. Единица ее - зиверт (Зв).

Существует также внесистемная - бэр. Естественно, доза ионизирующего излучения тем больше, чем больше время облучения, т.е. доза накапливается со временем. Сущность поражающего действия проникающей радиации на человека состоит в ионизации атомов и молекул его организма, а также в поражении костного мозга, что вызывает специфическое заболевание - лучевую болезнь. Работоспособность людей не снизится, если доза облучения за 4 суток составит не более 50 рад (рентген), многократная в течение 10-30 суток- 100 рад, а в течение года - 300 рад.

Под действием проникающей радиации на элементы техники могут изменяться параметры элементов радиоэлектронной аппаратуры (полупроводники), что нарушает работу радиостанций, радиолокаторов, приборов ночного видения и т.п. или выводит их из строя. Светочувствительные материалы засвечиваются, стекла оптических приборов темнеют. В грунте, технике под действием нейтронов образуются искусственные радиоактивные изотопы, возникает так называемая наведенная радиация.

Поток гамма-лучей при прохождении через различные материалы ослабляется. Степень ослабления тем больше, чем плотнее материал и толще слой. Нейтронный поток сильнее всего ослабляется веществами, содержащими легкие элементы (водород, углерод и т.п.). Электромагнитный импульс возникает при всех видах ядерных взрывов. Он обусловлен тем, что в момент взрыва в окружающем пространстве образуется система свободных электрических зарядов. В результате ионизации среды мгновенными гамма - квантами за счет вторичной ионизации в пространстве происходит кратковременный раздел положительных и отрицательных зарядов, что приводит к появлению электрических и магнитных полей. В итоге на металлических объектах индуцируются высокие электрические потенциалы относительно земли, на воздушных и подземных проводных и кабельных линиях связи создаются электрические напряжения как относительно земли, так и между проводами. Поэтому пробивается изоляция проводов, трансформаторов, конденсаторов, сопротивлений, перегорают предохранители.

Радиоактивное заражение местности и воздушного пространства происходит вследствие выпадения РВ из облака ядерного взрыва. Источниками такого заражения являются радиоактивные вещества, которые образуются при делении ядерного горючего, а также в результате неполного его вовлечения в ядерную реакцию. Кроме того, они возникают под действием нейтронного потока и наведенной активности почвы в районе взрыва. РВ могут вызывать поражение людей путем внешнего облучения и при попадании внутрь организма и на кожу. При воздействии больших доз возможно заболевание лучевой болезнью.

При ядерном взрыве РВ поднимаются вверх, образуя радиоактивное облако. Под воздействием высотных ветров оно перемещается на большие расстояния, заражая местность и образуя по пути движения так называемый след. Условно он делится на четыре зоны: А - умеренного заражения (она составляет 70-80% площади следа), Б - сильного заражения (примерно 10% площади следа), В - опасного заражения (8-10% площади следа) и Г - чрезвычайно опасного заражения (2-3% площади следа).