Ян Мархоцкий - Радиационная и экологическая безопасность атомной энергетики

Разветвления реакций деления тяжелых ядер нейтронами, в результате которых число последних возрастает и может возникнуть самоподдерживающийся процесс деления, получили название цепных ядерных реакций. Выделяющаяся при этом огромная энергия как раз и является тем мощным источником, который широко используется в атомной энергетике.

Энергия деления тяжелого ядра (примерно 200 МэВ) состоит из кинетической энергии пары разлетающихся осколков деления (165 МэВ), мгновенных нейтронов деления (5 МэВ), энергии мгновенных γ-квантов (7 МэВ), энергии нейтрино (10 МэВ), энергии p-распада осколков деления (16 МэВ), энергии запаздывающего γ-излучения (6 МэВ).

Ядерный реактор – это устройство, в котором осуществляется управляемая цепная реакция деления ядер атомов тяжелых элементов.

Количественной характеристикой радиоактивного препарата является его активность. Активностью называется мера количества радиоактивного вещества, выражаемая числом радиоактивных превращений в единицу времени.

За единицу активности в системе СИ принята активность препарата, в котором происходит 1 распад в 1 секунду. Эта единица называется беккерелем (Бк) по имени французского ученого А. Беккереля, открывшего в 1896 г., что уран самопроизвольно испускает невидимые лучи. Это явление было названо радиоактивностью (1 Бк = 1 расп/с). Используются также: единица в 1 тыс. раз большая – килобеккерель (кБк), единица в 1 млн раз большая – мегабеккерель (МБк).

В настоящее время еще используется устаревшая единица – кюри (Ки). Ее происхождение относится к тому периоду, когда в распоряжении ученых был единственный радиоактивный источник – радий, впервые выделенный из продуктов распада урана в лаборатории супругов Кюри. В 1 г чистого радия распадается ежесекундно 37 млрд ядер. Поэтому радиоактивность 1 г радия и была принята за единицу; один кюри – очень большая величина, поэтому применяются производные величины в тысячу и миллион раз меньшие – милликюри (мКи) и микрокюри (мкКи).

Зная радиоактивность в беккерелях, нетрудно перейти к активности в кюри и наоборот:

1 Ки = 3,7 10 10Бк;

1 мКи = 3,7 10 7Бк;

1 мкКи = 3,7 10 4кБк.

Производными единицами являются:

1 пКи = 1 10 -12Ки;

1 нКи = 1 10 -9Ки;

1 мкКи = 1 10 -6Ки;

1 мКи = 1 10 -3Ки;

1 кКи = 1 10 3Ки;

1 МКи = 1 10 6Ки.

Излучение и ионизация.По масштабам времени α-, β-частицы и γ-кванты существуют мгновение. Как они пропадают и куда девается их огромная энергия? Согласно закону сохранения энергии, она не возникает и не исчезает, она лишь переходит из одной формы в другую. При любых превращениях часть ее теряется в виде тепла. Энергия излучений передается веществу, в которое попала излученная из ядра элементарная частица или γ-квант. Для облученного вещества это не проходит бесследно:

• нарушаются кристаллические решетки;

• образуются отрицательные и положительные заряды;

• разрываются молекулы с наименее прочными связями.

Характерно, что α- и β-частицы растрачивают свою энергию в отдельных актах ионизации – образовании пар ионов заряженных частиц, на которые распадаются атомы. На каждую ионизацию требуется около 30 эВ. Можно подсчитать, что частица с энергией 600 КэВ на своем пути в воздухе способна создать примерно 20 тыс. пар ионов.

Радиационный эффект и дозы. Водной из своих лекций А. Беккерель заявил, что очень любит радий, но на него в обиде, так как на руках у ученого появились незаживающие язвы. Как видно, первые опыты с радиоактивными веществами были небезопасны. Не знали об опасности невидимых лучей М. Кюри и ее дочь Ирен, выделившие в чистом виде радий и полоний. Обе умерли от лейкоза. Большое количество рака легких отмечалось у шахтеров, добывающих уран. Работницы часовых заводов, раскрашивающие циферблаты часов люминесцентной краской, содержащей радий, смачивали кисточки во рту для придания им остроконечной формы. Как следствие, работницы часто заболевали лейкозом и раком костей.

Проведенные исследования позволили установить, что факторов для неблагоприятного радиационного воздействия множество:

• радиоактивность снаружи и внутри организма;

• пути ее поступления;

• вид и энергия излучения при распаде;

• биологическая роль органов и облучаемых тканей.

Показателем, связующим их, является количество поглощенной энергии излучения от ионизации, которую энергия производит в рассматриваемой массе вещества. Данная величина называется дозой.