Александр Константинов - Занимательная радиация. Всё, о чём вы хотели спросить - чем нас пугают, чего мы боимся, чего следует опасаться на самом деле, как снизить риски

В советские времена наибольший вклад в техногенное загрязнение окружающей среды и в дозовую нагрузку населения вносили предприятия ЯОК.

Главными радиационными загрязнителями были три секретных завода, где нарабатывался плутоний для ядерных боезарядов. Все три «почтовых ящика» размещались в «закрытых» городах: Челябинск-40, он же Челябинск-65 (ныне Озёрск), Красноярск-26 (Железногорск) и Томск-7 (Северск) [1, 2]. Эта троица давала больше 99,8%техногеннойактивности, поступавшей в окружающую среду (рис. 16.1).

Рис. 16.1 Распределение активности, поступавшей в окружающую среду от предприятий ЯОК и других техногенных источников [1]

Предприятия ЯОК – теневая сторона атомной индустрии, в Советском Союзе сведения по ним были засекречены.

В прежние годы персонал именно этих предприятий переоблучался в большей степени. Сегодня дозы облучения намного ниже и укладываются в современные жёсткие нормативы (подробнее в главе 18). Однако на этих предприятиях не до конца решена проблема ранее накопленных радиоактивных отходов– РАО. Об отходах мы побеседуем позднее, а сейчас остановимся на другой группе предприятий – ЯТЦ. Это, как говорится, мирный атом.

Население обычно опасается выбросов АЭС. Но атомные станции – лишь верхушка айсберга. Для их работы необходим целый комплекс разных заводов, их-то и называют предприятиями ЯТЦ. Сейчас мы лишь коротко познакомимся с ними, а проблемы, касающиеся радиационной безопасности, рассмотрим чуть позже, в главе 18. Более детально проблемы ядерной энергетики изложены в литературных источниках [2–4].

Вопрос: можно ли урановую руду сразу загрузить в ядерный реактор? Можно. Только он работать не будет. Чтобы пошла цепная реакция, уран должен быть особым. Во-первых, сверхчистым, поскольку многие примеси поглощают нейтроны и гасят цепную реакцию. Во-вторых, и это главное, уран должен быть обогащённым.

Что это значит? Топливный, или энергетический, уран должен содержать достаточно высокие концентрации редкого изотопа уран-235. Лишь этот радионуклид способен делиться под действием нейтронов.

Да, мы ещё не знакомы с реакцией деления . Что это такое? Как и радиоактивный распад, деление – это вид ядерных превращений, оно тоже приводит к образованию новых химических элементов. Но в отличие от широко распространённого в природе радиоактивного распада, который происходит самопроизвольно, для деления ядра необходимо два главных условия. Во-первых, не всякие элементы способны делиться, а лишь те, ядра которых содержат огромную скрытую энергию. Если радиоактивных изотопов известно больше трёх сотен, то делящиеся нуклиды можно пересчитать по пальцам. И среди них лишь один природный – уран-235.

И второе условие: проще всего разделить ядро, если в него попасть нейтроном. Для этой цели лучше подходят так называемые медленные (тепловые) нейтроны.

Самое главное: при делении выделяется энергия в тысячи и миллионы раз больше, чем при радиоактивном распаде ядер. Мало того, при делении испускаются новые нейтроны, способные продолжить реакцию деления: она приобретает цепной характер, развиваясь сама по себе.

В природном уране делящегося изотопа уран-235 очень мало, всего 0,72 %. А остальное – балластный уран-238. Этот дармоед лишь зря хватает нейтроны, а делиться не желает.

Знаете, на что это похоже? На попытку разжечь костер, используя сухие и мокрые дрова. Уран-235 – это сухие поленья, способные гореть и поджигать соседние. А уран-238 – мокрые. Если сухих дровишек мало, костёр не разгорится. Вот для чего обогащают уран изотопом-235. Достаточно увеличить концентрацию делящегося изотопа до 2–5%, и мы получим энергетический, низкообогащенный уран ( НОУ). Он-то и «горит» в реакторах АЭС.

А высокообогащенный уран ( ВОУ), содержащий около 90 % урана-235, – материал для ядерных боеголовок.

Но вернёмся к природному урану и атомным станциям. Чтобы из урановой руды получить сверхчистый и обогащённый уран, да ещё в виде так называемых тепловыделяющих элементов ( твэлов ), и нужны первые несколько предприятий ЯТЦ. Их называют предприятиями начала цикла (ПНЦ).