Файл: ЧС и радбез. Курс лекций 2014.pdf

Испытание ядерного оружия. До сих пор речь шла только об источниках ионизирующего излучения, имеющих природное происхождение. Даже в случаях, когда в результате жизнедеятельности человека происходит перераспределение и концентрация этих источников, они сохраняют свой естественный состав. Иная картина происходит при использовании ядерной энергии в техногенной деятельности человека. Первая атомная бомба продемонстрировала не только разрушительную силу, но и значительную опасность с точки зрения радиоактивного загрязнения окружающей среды. При испытаниях ядерного оружия огромное количество радиоактивных веществ уносится в атмосферу. Это прежде всего продукты деления урана и плутония. Они осаждаются на частичках пыли и разносятся на большие расстояния, выпадая на поверхность Земли за сотни и тысячи километров от места взрыва. Иначе говоря, ядерный взрыв носит не локальный характер, а глобальный.

С 1945 года в мире было проведено огромное количество испытательных ядерных взрывов. Например, США взорвали 1054 устройства, СССР – 715, Франция – 196, Великобритания – 45, Китай – 45. В мае 1998 года сначала Индия, а потом и Пакистан произвели по 5 подземных ядерных взрывов.

Втечение 1945–1989 гг. в атмосфере было проведено 397 испытательных ядерных взрывов. Некоторая часть радионуклидов циркулирует в околоземном пространстве и сегодня.

Внастоящее время 13755 Cs является основным источником внешне-

го облучения, так же как и 9038 Sr. По современным оценкам, вклад в

ежегодную эквивалентную дозу, получаемую человеком за счет испытаний ядерного оружия, составляет 20–25 мкЗв, т. е. около 1% естественного радиационного фона.

Ядерная энергетика. Еще меньшее значение эквивалентной дозы получает человек от безаварийной работы атомной электростанции. При обеспечении выполнения всех норм и правил их эксплуатации в окружающую среду практически не выбрасывается значительных количеств радионуклидов. По современным оценкам, средняя эквивалентная доза в год в районе АЭС не превышает 10 мкЗв.

Несмотря на относительно небольшое количество осколков деления и других элементов в отработанном топливе, активность их чрезвычайно велика и составляет десятки миллионов кюри на момент остановки реактора и сотни тысяч кюри даже через 7–10 лет хранения отработанного топлива. Поэтому наряду с необходимостью обеспечения

99

безопасной работы на АЭС необходимо решать вопрос экологической и ядерной безопасности всего топливного цикла ядерной энергетики, особенно в области хранения и переработки отработанного горючего. К концу 1990 года во всем мире действовало почти 600 реакторов. Суммарное количество уже имеющихся радиоактивных отходов и тех, которые нарабатываются, включая долгоживущие, огромны. Это требует создания специальных хранилищ, и опасность их как источника ионизирующего излучения возрастает с ростом их числа.

Внастоящее время одной из самых острых проблем является утилизацияизахоронениерадиоактивныхотходови, преждевсего, отходовАЭС.

Работа на персональном компьютере. Всеобщая компьютери-

зация общества остро ставит вопросы безопасности работы оператора. Источниками электромагнитного поля являются монитор, процессор, клавиатура. Вокруг компьютера образуется электромагнитное поле с диапазоном частот от 5 до 400 кГц.

Мониторы компьютеров содержат электронно-лучевую трубку (ЭЛТ), которая является мощным источником электронов, при торможении которых экраном монитора образуется мягкое рентгеновское излучение, мощность дозы которого на расстоянии 0,05 м от экрана не должна превышать 1 мкЗв/ч (100 мкР/ч). Кроме того, человек чувствует себя хорошо, когда в окружающей его среде соотношение положительных и отрицательных ионов почти одинаково. Однако перед экраном монитора образуется избыток положительных ионов. Всегда имеющиеся в воздухе комнаты микрочастицы пыли разгоняются потоком положительно заряженных ионов и оседают на лице и глазах оператора, сидящего перед монитором.

Врезультате такой «бомбардировки» у оператора могут возникать головная боль, бессонница, раздражение кожи, усталость глаз.

Медицинские процедуры. Значительными источниками облучения человека является использование ионизирующих излучений для медицинских процедур. С одной стороны, это позволяет выявлять и лечить до 80% различных видов заболеваний, включая такие смертельно опасные, как онкологические, с другой – установлено, что эффективная эквивалентная доза составляет от 50 мкЗв/год до 10 мЗв/год (от 5 мбэр/год до 1 бэр/год) и выше, в зависимости от типа обследования и лечения (табл. 8).

Внастоящее время суммарная эквивалентная доза неаварийного облучения человека за год за счет различных техногенных источников ионизирующих излучений оценивается величиной, не превышающей

5 мЗв (0,5 бэр).

100

Таблица 8

6.3. Методы обнаружения и регистрации ионизирующих излучений

6.3.1. Сцинтиляционный метод. Сцинтилляции – это кратко-

временные световые вспышки, возникающие при воздействии ионизирующих излучений на некоторые вещества, называемые люминофорами (сцинтилляторами).

В основе сцинтилляционного метода обнаружения излучений ле-

жит явление люминесценции. Люминесцентное излучение исходит из сравнительно небольшого числа центров люминесценции – атомов, молекул или ионов, приходящих в возбужденное состояние под действием внешних причин, а затем при переходе возбужденного центра на более низкий энергетический уровень, испускающих квант люминесцентного излучения.

Время, затрачиваемое на переход центра люминесцеции из возбужденного состояния на более низкий энергетический уровень, – одна из главных характеристик люминесцентного процесса.

101

Если люминесцентное излучение после отключения источника его возбуждения прекращается примерно через 10–8 с, то такой вид люминесценции называют флуоресценцией. В течение 10–8 с находится в возбужденном состоянии.

Другой вид люминесценции – фосфоресценция – характеризуется медленнымспадом свечения после отключения источника возбуждения.

Виды люминесценции различают и по способу ее возбуждения. Так, экран телевизора светится под падающим на него электронным пучком благодаря свечению люминофора, нанесенного на стенку экрана кинескопа.

От веществ, применяемых в качестве сцинтилляторов, требуется, чтобы они давали сильные и равномерные вспышки, обладали высоким коэффициентом поглощения ионизирующих излучений, не поглощали значительно собственного излучения, имели небольшое время высвечивания. К таким люминофорам относится группа неорганических веществ: йодистый натрий NaI, йодистый цезий CsI, йодистый литий LiI, вольфраматы кадмия CdWO4 и кальция CaWO4 и сернистый цинк ZnS. Неорганические люминофоры обладают довольно большим временем высвечивания, примерно 10–6 c.

В дозиметрических приборах для регистрации бета- и гаммаизлучений используют галогениды: йодистый натрий NaI, йодистый калий KI, йодистый литий LiI или йодистый цезий CsI, все активированные таллием ТI, а также вольфраматы кальция и кадмия: CaWO4,

CdWO4.

Для регистрации альфа-частиц используются люминофоры на основе сернистого цинка ZnS (или кадмия), активированного серебром или медью: ZnS(Ag), ZnS(Cu).

Для регистрации нейтронов используется йодистый литий, активированный оловом LiI(Sn).

В качестве сцинтилляторов используются также инертные газы: аргон, ксенон и др.

Из органических веществ наибольшее применение получили такие, как антрацен, нафталин, стильбен, фенантрен, терфенил, дифенил. Органические и газовые сцинтилляторы характеризуются очень малым временем высвечения (10–8–10–9 с).

6.3.2. Химический метод. Этот метод обнаружения ионизирующих излучений основан на том явлении, что возникающие при воздействии излучений ионы и возбужденные атомы и молекулы вещества могут диссоциировать, образуя свободные радикалы. Эти ионы и радикалы вступают в реакцию между собой или другими атомами и

102

молекулами, образуя новые вещества, появление и количество которых позволяет судить о наличии и количественной характеристике ионизирующих излучений.

Вещества, воспринимающие энергию ионизирующих излучений и преобразующие ее в химическую энергию, могут находиться во всех трех агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом. Этот метод используется в дозиметре ДП-70М.

6.3.3. Фотографический метод обнаружения ионизирующих излучений. Фоточувствительный слой представляет собой мелкие кристаллы галогенидов серебра, распределенные в желатине, нанесенные на прозрачную подложку. В общем случае на 1 см2 поверхности приходится 108–109 таких кристаллов, называемых зернами.

Под воздействием ионизирующих излучений зерна превращаются в центры скрытого почернения. Последующий процесс проявления, заключающийся в воздействии на эти центры химическими реактивами, приводит к восстановлению серебра, которое выпадает в виде длинных тонких нитей, свернутых в комок и хорошо поглощающих свет.

Место, где произошло образование металлического серебра, воспринимается как черная точка, а совокупность таких точек, расположенных близко друг к другу, – как черное пятно. Оставшиеся не подверженными воздействию излучений кристаллы галогенидов серебра растворяются в фиксирующих веществах.

Чем больше доза воздействующих на фотослой излучений, тем больше степень его почернения.

Сравнивая почернение пленки, которую носит человек, с контрольной, находят дозу излучения, воздействующую на человека. Почернение пленок, измеряемое в оптических плотностях почернения S, определяется выражением

где J0 – интенсивность светового пучка, падающего на пленку; J – интенсивность света, прошедшего через пленку.

Плотность почернения фотослоя измеряется с помощью специальных приборов – денситометров и фотометров.

Фотографический метод позволяет измерять дозы гамма- и нейтронных излучений в диапазоне от 0 до 10 Р с точностью до 0,1 Р, а при использовании специальных фоточувствительных слоев – до

20 000 Р.

Важнейшим преимуществом фотографического метода перед всеми остальными является его документальность.

103