Сфера применения радиоактивных веществ и источников ионизирующих излучение. Потенциальная опасность для жизнедеятельности человека. Свойства и особенности воздействия ионизирующего излучения на человека. Специализированная система санитарного надзора.
Великий переворот в жизни человечества, связанный с внедрением ядерной энергии, открыл невиданные ранее возможности в решении многих проблем социального и экономического характера. В наши дни сфера применения радиоактивных веществ и источников ионизирующих излучений весьма многогранна. Это - использование радионуклидов в качестве так называемого метода меченых атомов с целью изучения закономерностей протекания процессов в различных сферах, осуществление неразрушающего контроля структуры сплавов, качества изделий, изменение физических и химических свойств различного рода материалов, стерилизация перевязочных материалов и медицинских изделий, исследования функционального состояния различных систем организма, лечение злокачественных новообразований и т. д.
Вместе с тем, являясь мощным средством технического прогресса, атомная энергия таит в себе огромную потенциальную опасность, которая может оказать вредное влияние на организм человека или нарушить нормальную жизнедеятельность людей.
Стремительно вошедшая в нашу жизнь атомная энергия и ее массовое использование вызвали необходимость установления надежного заслона возможности отрицательного влияния ионизирующего излучения на организм.
Свойства и особенности воздействия ионизирующего излучения на человека во многом определили специфику разработки форм и методов защиты. Это, прежде всего, регламентирование радиационного фактора, разработка специального санитарно-гигиенического законодательства, системы профилактических мероприятий и подготовки квалифицированных кадров, правового регулирования отношений, связанных с обеспечением радиационной безопасности различных групп населения, а также защиты окружающей среды от радиоактивного загрязнения.
Стремительное развитие ядерной энергетики, выпуска различного вида радиационной техники и приборов, резкое расширение производства радиоактивных изотопов еще острее ставят задачу радиационной защиты лиц, работающих в сфере действия радиации, и населения различных регионов страны.
Отечественная и мировая практика строительства в многолетней эксплуатации различного рода предприятий, производящих и эксплуатирующих источники ионизирующих излучений, радиационной техники, особенно атомной энергетики, свидетельствует о том, что важнейшими задачами науки являются вопросы высокого уровня обеспечения безопасности, надежности и эффективности их использования.
Беда, разразившаяся на Чернобыльской АЭС, приведшая к гибели людей и потребовавшая проведения в целях охраны здоровья населения эвакуации в безопасные районы, трагическая гибель космического корабля «Челенджер», инциденты на ядерном полигоне в Нева де, многочисленные аварии на атомных электростанциях США, Англии и других стран, радиационный инцидент в Бразилии еще раз показали, к чему может при вести неконтролируемая ядерная энергия, и подчеркнули значение человеческого фактора в наш технический век.
Как известно, в Республике Казахстан, в бывших республиках СССР уделяется большое внимание законодательному регулированию атомной энергии, безопасному ее применению, что в значительной степени способствует рациональному использованию энергии излучения в мирных целях. Следствием этого принципа является отражение в законодательных и нормативные документах требований по соблюдению безопасности при использовании атомной энергии, охраны жизни здоровья настоящего и будущего поколения, а также окружающей среды.
Ни одна достаточно широко используемая в настоящее время технология не может сравниться с радиационной по полноте соблюдения предъявляемых к ней требований и нормативов. Это позволяет практически безгранично расширять диапазон решаемых задач, как обособленно, так и в комплексе с традиционными процессами и средствами (при высокой вероятности обеспечения радиационной безопасности населения).
В нашей стране уделяется большое внимание вопросам радиационной безопасности населения и экологическим аспектам. Это позволяет в условиях широкого использования ядерной энергии в различных отраслях народного хозяйства свести до минимума поступление радиоактивных веществ в окружающую среду. За относительно короткий период созданы благоприятные условия труда в сфере действия радиационного фактора. Величина радиационного воздействия на лиц, непосредственно работающих с источниками ионизирующих излучений, не превышает допустимых значений.
Успехам в области радиационной безопасности населения способствовала организация специализированной системы санитарного надзора - особого звена в системе органов государственного управления, осуществляющих контроль за обеспечением радиационной безопасности. В результате закономерного развития атомной промышленности возникла необходимость установления в масштабе страны единого специализированного контроля за радиационной безопасностью персонала и населения.
Ядерная опасность
Ионизирующие излучения являются одним из экологических факторов, оказывающих непосредственное влияние на все процессы преобразования окружающей среды.
Введение
Великий переворот в жизни человечества, связанный с внедрением ядерной энергии, открыл невиданные ранее возможности в решении многих проблем социального и экономического характера. В наши дни сфера применения радиоактивных веществ и источников ионизирующих излучений весьма многогранна. Это - использование радионуклидов в качестве так называемого метода меченых атомов с целью изучения закономерностей протекания процессов в различных сферах, осуществление неразрушающего контроля структуры сплавов, качества изделий, изменение физических и химических свойств различного рода материалов, стерилизация перевязочных материалов и медицинских изделий, исследования функционального состояния различных систем организма, лечение злокачественных новообразований и т. д.
Вместе с тем, являясь мощным средством технического прогресса, атомная энергия таит в себе огромную потенциальную опасность, которая может оказать вредное влияние на организм человека или нарушить нормальную жизнедеятельность людей.
Стремительно вошедшая в нашу жизнь атомная энергия и ее массовое использование вызвали необходимость установления надежного заслона возможности отрицательного влияния ионизирующего излучения на организм.
Свойства и особенности воздействия ионизирующего излучения на человека во многом определили специфику разработки форм и методов защиты. Это, прежде всего, регламентирование радиационного фактора, разработка специального санитарно-гигиенического законодательства, системы профилактических мероприятий и подготовки квалифицированных кадров, правового регулирования отношений, связанных с обеспечением радиационной безопасности различных групп населения, а также защиты окружающей среды от радиоактивного загрязнения.
Стремительное развитие ядерной энергетики, выпуска различного вида радиационной техники и приборов, резкое расширение производства радиоактивных изотопов еще острее ставят задачу радиационной защиты лиц, работающих в сфере действия радиации, и населения различных регионов страны.
Отечественная и мировая практика строительства в многолетней эксплуатации различного рода предприятий, производящих и эксплуатирующих источники ионизирующих излучений, радиационной техники, особенно атомной энергетики, свидетельствует о том, что важнейшими задачами науки являются вопросы высокого уровня обеспечения безопасности, надежности и эффективности их использования.
Беда, разразившаяся на Чернобыльской АЭС, приведшая к гибели людей и потребовавшая проведения в целях охраны здоровья населения эвакуации в безопасные районы, трагическая гибель космического корабля «Челенджер», инциденты на ядерном полигоне в Нева де, многочисленные аварии на атомных электростанциях США, Англии и других стран, радиационный инцидент в Бразилии еще раз показали, к чему может при вести неконтролируемая ядерная энергия, и подчеркнули значение человеческого фактора в наш технический век.
Как известно, в Республике Казахстан, в бывших республиках СССР уделяется большое внимание законодательному регулированию атомной энергии, безопасному ее применению, что в значительной степени способствует рациональному использованию энергии излучения в мирных целях. Следствием этого принципа является отражение в законодательных и нормативные документах требований по соблюдению безопасности при использовании атомной энергии, охраны жизни здоровья настоящего и будущего поколения, а также окружающей среды.
Ни одна достаточно широко используемая в настоящее время технология не может сравниться с радиационной по полноте соблюдения предъявляемых к ней требований и нормативов. Это позволяет практически безгранично расширять диапазон решаемых задач, как обособленно, так и в комплексе с традиционными процессами и средствами (при высокой вероятности обеспечения радиационной безопасности населения).
В нашей стране уделяется большое внимание вопросам радиационной безопасности населения и экологическим аспектам. Это позволяет в условиях широкого использования ядерной энергии в различных отраслях народного хозяйства свести до минимума поступление радиоактивных веществ в окружающую среду. За относительно короткий период созданы благоприятные условия труда в сфере действия радиационного фактора. Величина радиационного воздействия на лиц, непосредственно работающих с источниками ионизирующих излучений, не превышает допустимых значений.
Успехам в области радиационной безопасности населения способствовала организация специализированной системы санитарного надзора - особого звена в системе органов государственного управления, осуществляющих контроль за обеспечением радиационной безопасности. В результате закономерного развития атомной промышленности возникла необходимость установления в масштабе страны единого специализированного контроля за радиационной безопасностью персонала и населения.
Ядерная опасность
Ионизирующие излучения являются одним из экологических факторов, оказывающих непосредственное влияние на все процессы преобразования окружающей среды.
Ионизирующие излучения - рентгеновские и тормозные лучи, альфа, бега, гамма-излучения, поток протонов, нейтронов, тяжелых частиц и другие, которые при взаимодействии с веществами обладают: проникающей способностью, вызывают процесс ионизации и оказывают биологическое действие, а также - потемнение фотопленки и свечение некоторых веществ.
Радиоактивные вещества в огромном количестве образуются в результате ядерных взрывов. Ионизирующие излучения образуются в результате распада радиоактивных веществ.
Радиоактивные вещества находятся в окружающей среде и в нас. А большое количество радиоактивных веществ образуется в результате ядерных взрывов - воздушных, наземных и подземных, а также в случаях катастроф на ядерных реакторах, атомных электростанциях, других ситуациях. В результате взрыва образуется радиоактивное облако с последующим следом. Происходит загрязнение окружающей среды радиоактивными веществами (радиоактивный дождь, радиоактивные осадки). Радиоактивное вещество - из самого понятия исходит, что оно активное. Активность его проявляется в том, что самопроизвольно распадается и при этом образуются излучения, новое вещество с выделением энергии. А почему оно распадается? Оно распадается потому, что оно неустойчиво. А неустойчиво потому, что ядро радиоактивного вещества перегружено нейтронами, что и делает его неустойчивым.
Ядерное оружие - оружие массового поражения, уничтожения и разрушения, действие которого основано на выделении при ядерном взрыве большого количества энергии в форме ударной волны, светового и ионизирующего излучений, а также образования радиоактивных продуктов ядерного взрыва.
Ядерный взрыв - мощный взрыв, вызванный высвобождением ядерной энергии, либо при быстро развившейся цепной реакции деления тяжелых ядер, либо при термоядерной реакции синтеза ядер гелия на более легкие ядра.
Ядерный реактор: атомный реактор - устройство для осуществления управления ядерной цепной реакцией деления. Первый ядерный реактор пущен в США в 1942 году.
Ядерная энергия: атомная энергия - внутренняя энергия атомов ядер, выделяющаяся при ядерных реакциях. Ядерная энергия основана на использовании цепных реакций деления ядер и реакции термоядерного синтеза.
Атомная электростанция (АЭС) - отрасль энергетики, использующая атомную энергию или ядерную. В Советском Союзе в 1943 году была создана лаборатория атомной энергии им. В. И. Курчатова, в которой в 1946 году был построен атомный реактор. Лаборатория в 1955 г. была переименована в Институт атомной энергии.
Ядерное излучение - первоначально частицы и гамма-кванты, испускаемые при радиоактивном распаде ядер. В дальнейшем потоке частиц и гамма-излучения от ускорителей, заряженных частиц, ядерных реакторов и др., а также космическое излучение.
Ядерное топливо служит для получения энергии в ядерном реакторе. Обычно представляет собой смесь веществ, содержащих как делящиеся ядра, так и ядра способные в результате нейтронной бомбардировки образовывать делящиеся ядра.
СТРОЕНИЕ АТОМА
Атомная теория строения вещества зародилась еще в древней Греции. Большая заслуга в формулировке научной атомной гипотезы принадлежит В.М.Ломоносову. Он писал, что атом характеризуется определенной массой, обладает химическими свойствами, в молекулах атомы соединяются в определенных количественных отношениях. В 1913 г. датский физик Бор приняв за основу ядерную модель атома, дал подробную картину строения электронной оболочки атома. Он исходил из того, что поглощение и испускание света в атоме происходит отдельными порциями, квантами. Из положений Бора следует, что чем дальше от ядра находится электрон, тем большим запасом энергии он обладает. Атом, несмотря на свои ничтожные размеры 10"13 - 10""2 см представляет собой сложное образование. Атом представлен в виде ядра, состоящего из тяжелых элементарных частиц - нуклонов (протонов - имеющих положительный заряд, и нейтронов - не имеющих заряда), вокруг которого вращаются с большой скоростью элементарные частицы-электроны, несущие отрицательный заряд. Протоны и нейтроны в ядре прочно связаны между собой посредством сил ядерного сцепления. В нейтральном атоме суммарный заряд электронов по Величине равен суммарному заряду протонов. Электроны имеют отрицательный заряд и благодаря этому удерживают вблизи положительно заряженные ядра. Масса электрона ничтожно мала и составляет 1/1240 часть массы нуклона. Приобретение или потеря электрона атомом меняет его химические свойства, он неустойчив и легко вступает в химическую связь с другими атомами и молекулами и называется ионом. Массовое число атома определяется количеством протонов и нейтронов в ядре. Количество протонов для химических элементов является строго определенным и в таблице Менделеева оно указывает на порядковый номер. В ядрах атомов одного вещества количество нейтронов может быть различным и они называются изотопами. В таблице Менделеева они находятся в одной и той же клетке.
ЕСТЕСТВЕННАЯ РАДИОАКТИВНОСТЬ
Явление радиоактивности было открыто в 1896 г. Анри Беккерелем.
В 1898 г. М.Складовская-Кюри установила, что излучения испускают не только соли урана, но и элемент торий и его соединения. Она и ее супруг Пьер Кюри выделили из урановой руды два новых радиоактивных элемента, которые были названы полонием и радием.
Естественная радиоактивность - это самопроизвольный распад радиоактивного вещества с образованием а- в и у-излучения и нового вещества с выделением энергии.
Активность радиоактивного вещества - мера количества радиоактивного вещества, выраженная числом распадов атомных ядер в единицу времени. Единица радиоактивности распад атома в секунду.
Кюри - единица измерения активности, символическое обозначение С. I кюри = 3,7 х 1010 актов распада в секунду. Производные от кюри единицы активности 1 милликюрн/1 МКЮРИ = 0,001 кюри микрокюри /I мк кюри 0,00001 кюри/.
Беккерель - один распад в одну секунду.
РАДИЙ - в переводе на русский означает ЛУЧИСТЫЙ. Естественные радиоактивные вещества - это элементы, обладающие свойством самопроизвольно испускать невидимые лучи. Радий испускает три вида излучений, которые были названы по первым трем буквам греческого алфавита: а-лучи, 0-лучи, у-лучи.
Альфа - излучение это поток частиц с массой, равной 4 и двойным положительным зарядом. Альфа-частица состоит из двух протонов и двух нейтронов и представляет собой ядра элемента гелия. Альфа-частицы возникают при распаде радиоактивных веществ (естественная радиоактивность) или при явлении искусственной радиоактивности - в ядерном реакторе. Они обладают очень маленькой проникающей способностью, составляющую в тканях человека 50 - 70 мкм. но вызывая при этом высокую плотность ионизации 3-4 тыс. пар ионов на единицу пробега. В воздухе одна альфа частица образует 200 тыс. пар ионов. Высокая плотность ионизации обуславливает высокую биологическую эффективность. Альфа-частицы, несущие в себе высокую энергию (до 800 Мэв), полученные в атомных реакторах, обладают высокой проникающей способностью.
Бета-излучение - это положительно или отрицательно заряженные частицы. Они образуются при распаде радиоактивных веществ (естественная радиоактивность) или явлении искусственной радиоактивности в ядерном реакторе, а также в линейных или циклических ускорителях (линейный ускоритель, бетатрон). Проникающая способность бета-излучения, образующегося при распаде радиоактивного вещества в ткани равна 8-10 мм. Плотность ионизации от бета-частиц в 100 раз меньше, чем альфа-частиц. Вместе с тем, поток электронов может обладать большой проникающей способностью, образующейся в ускорителях и зависит от энергии, которую они имеют.
Гамма-лучи - электромагнитные колебания по своим свойствам напоминают рентгеновские лучи. Энергия у-лучей, как правило, больше ренттеновых, поэтому проникающая способность значительно больше.
Гамма-излучение - электромагнитное колебание, возникающее при изменении энергетического состояния атомного ядра.
Таблица 4
Свойства излучений
Вид, природа излучения Скорость Энергия (Е) Длина пробега воздух - ткани Плотность ионизации в тканях
Ядра гелия 15-20 тыс. км/сек. До 9 МЭВ 3-7 см 50-70 мк 3000-4000 пар ионов на 1 м
Поток электронов 87-298 тыс. км/сек До 3 МЭВ до 13 м до 10 мм 50-70 пар ионов на 1 м
Электромагнитные колебания 300 тыс. км/сек. До 3 МЭВ до 0,6 км В CM 3000 пар ионов на всем пути
Вскоре после открытия радиоактивности было обнаружено существование нескольких десятков элементов с разными атомными весами, каждый из которых имел характерные свойства - радиоактивные.
Число их значительно превышало число клеток в таблице Менделеева, оставшихся свободными. Содди назвал эти разновидности изотопами, что в переводе с греческого языка означает "занимающий одно и то же место". Изотопы данного элемента представляют собой атомы, ядра которых построены из одного и того же числа протонов /обладают одинаковыми физическими и химическими свойствами/, но имеют различное число нейтронов. В настоящее время у 102 элементов известно 274 стабильных и около 700 радиоактивных изотопов. В ядрах радиоактивных изотопов имеется несоответствие между числом нейтронов и протонов, в результате чего ядро находится в энергетически неустойчивом состоянии.
Стабилизация радиоактивного ядра происходит самопроизвольно без какого бы то ни было внешнего воздействия и этот процесс называется радиоактивным распадом. Каждому радиоактивному элементу свойственна различная, но для данного элемента совершенно определенная вероятность распада. Время, в течение которого распадается половина радиоактивного вещества, носит название периода полураспада.
ИСКУССТВЕННАЯ РАДИОАКТИВНОСТЬ
Э.Резерфорд (1919) сообщил, что путем бомбардировки атомов азота частицами добился превращения их в ядра атомов кислорода, т.е. превращения одного химического элемента в другой.
В 1934г. Ирен и Фредерик Жолио Кюри обнаружили, что после бомбардировки альфа-лучами атомных ядер некоторых нерадиоактивных изотопов химических элементов оли начали испускать проникающие лучи, т.е. становятся радиоактивными. Первый генератор нейтронов, так называемый ускоритель тяжелых зараженных частиц циклотрон, был сконструирован 1930-1936 гг. Лоуренсом. В эти же годы Энрико Ферми со своими сотрудниками показал возможность вызывать искусственную радиоактивность почта всех химических элементов путем воздействия нейтронов. В 1934 г. супруги Жолио Кюри впервые получили влаборатории искусственные радиоактивные изотопы. В 1939 г. Ган и Штрасман в Германии обнаружили деление урана после бомбардировки его нейтронами, а в 1942 г. под руководством Ферми в Чикаго был построен первый атомный реактор. Этот успех расширил возможности получения радиоактивных изотопов.
Искусственная радиоактивность - распад вещества под воздействием энергии извне с образованием потоков электронов, нейтронов, протонов, тяжелых частиц с выделением огромной энергии.
Нейтронное излучение - поток нейтронов, представляющих собой элементарные частицы не имеющие электрического заряда. В клинически практике находят применение быстрые нейтроны с энергией от 20 кэв до 200 Мэв. Основными источниками нейтронов, используемых с лечебной целью, являются ускорители и атомные реакторы.
Протонное излучение - это поток элементарных частиц, несущий положительный заряд. Преимущество протонного излучения заключается в том что в конце пробега в тканях они образуют максимум ионизации, именуемых пиком Брегга-Грея. При этом доза в пике превосходит таковую в окружающих тканях в 2,5-3,5 раза.
Пи-мезанное излучение - поток элементарных частиц, имеющих промежуточную массу между электроном и протоном. Пи-мезоны могут быть положительно заряженными частицами, отрицательно и нейтральные. Заряд положительных и отрицательных пи-мезонов равен заряду электрона, а масса составляет 273 массы электрона. Как и у протона плотность ионизации у пи-мезонов растет к концу пробега. Однако в отличие от протонов, отрицательные пи-мезоны захватываются ядрами атомов кислорода, углерода, азота, водорода, а затем расщепляются с высвобождением громадного количества энергии, образуя при этом максимум ионизации. При этом соотношение дозы в пике к дозе окружающих тканей достигает 10:1. Основным источником пи-мезонов являются ядерные реакторы.
Тормозное излучение высокой энергии (выше 1 Мэв) является электромагнитным колебанием, ионизирующее излучение, возникающее при изменении кинетической энергии заряженных частиц с непрерывным спектром.
Генерируется оно в ускорителях /линейный ускоритель или бетатрон/. Основным свойством их является способность проникать в плотные среды и вызывать процессы ионизации. Процесс ионизации лежит в основе биологического действия, относительная биологическая эффективность определяется плотностью ионизации в тканях.
ДЕЛЕНИЕ ЯДЕР
После открытия нейтрона в 1932 г., а затем искусственной радиоактивности в 1934 г. ученые увлеклись «современной алхимией», т. е. созданием новых радиоактивных элементов под воздействием нейтронов.
Молодой еще в то время Ферми, стремясь получить новый неизвестный миру 93-й элемент, попытался облучить нейтронами уран-92-й элемент таблицы Менделеева. Однако в результате захвата нейтронов ядрами урана образовался не один искусственно радиоактивный элемент, а по крайней мере целый десяток.
Природа задала человеку новую задачу. Можно считать, что с этого момента начался новый этап в развитии ядерной физики - возможность использования энергии, таившейся в недрах атома, стала реальностью.
Объяснение новому явлению дали Фредерик Жолио-Кюри и Лизе Мейтнер. Они показали, что в процессе облучения урана нейтронами происходит новый тип ядерной реакции - деление ядра урана на две примерно равные части (осколки). Энергия, выделяемая при этой реакции, составляет около 200 Мэв, т. е. в десятки раз больше, чем при обычных известных в то время ядерных реакциях.
Теория деления урана была разработана одновременно и независимо друг от друга советским ученым Френкелем и датским ученым Бором.
Особенность реакции деления урана состоит в том, что при каждом акте деления, помимо двух осколков, образуются два-три нейтрона, которые могут вызвать деление других ядер. При каждом из этих процессов освобождаются новые нейтроны, которые в свою очередь вызывают деление последующих ядер (рис). Таким образом один нейтрон может положить начало целой цепочке делений, при этом количество ядер, подвергшихся делению, лавинообразно нарастает, т. е. реакция деления урана развивается как цепная реакция. Например, доли секунды достаточно для того, чтобы разделились все ядра, содержащиеся в 1 кг урана (примерно 3 • 1024 ядер). Энергия, выделяющаяся при этом, равна энергии, освобождаемой при взрыве 20 000 т тротила или при сжигании 2,5 тыс. т каменного угля.
При делении ядер урана примерно 83% энергии преобразуется в кинетическую энергию осколков; 3% связано с энергией g-квантов, которые образуются мгновенно при делении, и 3% уносится образующимися при делении нейтронами. Остальные 11% энергии выделяются постепенно в виде энергии (b-частиц и g-квантов в процессе радиоактивного распада ядер изотопов (осколков), образующихся при делении.
Рис. Цепная реакция деления урана.
На пути практического использования цепной реакции деления урана важное значение имело открытие советских физиков Г. Н. Флерова и К- А. Петржака, которые в 1940 г. показали, что существует новый вид радиоактивности - самопроизвольное (спонтанное) деление ядер изотопа U235 с периодом полураспада Т- ~1017 лет. Таким образом для использования цепной реакции деления не нужны сторонние нейтроны: они образуются в уране вследствие спонтанного деления.
Цепная реакция деления может осуществляться под действием как быстрых, так и медленных нейтронов только при бомбардировке ядер изотопа U235. Природный уран представляет собой в основном смесь изотопов U238 и U238, причем содержание U235 составляет всего 0,7%. Остальное - это изотоп U238. Поэтому для осуществления на практике цепной реакции необходимо разделить эти изотопы, что является задачей хотя и разрешимой, но весьма сложной. Это связано с тем, что U238 может делиться только под действием нейтронов с энергией большей, чем энергия нейтронов, образующихся при делении U235. Таким образом, нейтроны, образующие при делении U236 с энергией порядка 1 Мэв, в основном рассеиваются ядрами U238, которых значительно больше; энергия нейтронов постепенно убывает до тех пор, пока они не достигнут энергий, соответствующих так называемой резонансной области (примерно 1- 10 эв). В этой области энергий резко возрастает вероятность захвата нейтронов ядрами U238 по сравнению с U235. Начавшаяся в природном уране цепная реакция деления быстро затухает, поскольку нейтроны в основном захватываются ядрами U238, не успев вызвать дальнейшего деления ядер U235. , При захвате нейтронов ядрами U238 образуется изотоп U239, который в процессе b-распада превращается в новый 93-й элемент Np239. Период полураспада U239 равен 23 мин.
Изотоп Np239 также является неустойчивым; в процессе b-распада (Т = 2, 3 дня) он превращается в элемент с атомным номером 94, названный плутонием: Плутоний также радиоактивен: в процессе а-распада он превращается в изотоп U 23592. Период полураспада плутония равен 24 000 лет.
Плутоний интересен в том отношении, что в нем под действием нейтронов, так же как и в U235, может происходить цепная реакция деления. Таким образом, плутоний, наряду с U235, является ядерным горючим, которое служит для получения атомной энергии.
Ядра урана или плутония, захватив нейтроны, могут разделиться различными способами (до 30-40). Массовые числа образующихся продуктов деления имеют значения от 72 до 158. Например, при делении образуются изотопы стронция, бария, лантана, цезия, иода, циркония, ниобия, аргона, ксенона и других элементов. Наиболее вероятно деление ядра на осколки с массовыми числами 95 и 139.
Большинство образующихся продуктов деления являются нестабильными и в результате одного, а иногда и трех последовательных р -распадов превращаются в стабильный изотоп. У некоторых продуктов деления этот распад сопровождается g-излучением. Периоды полураспада различных продуктов деления изменяются в очень широких пределах: от долей секунды до многих тысяч лет.
РАДИАЦИОННЫЙ КОНТРОЛЬ
В учреждениях, где проводятся работы с радиоактивными веществами или источниками ионизирующих излучений, должен осуществляться радиационный дозиметрический контроль. В зависимости от объема и характера работ контроль проводится либо штатной службой радиационной безопасности (в каждой смене), либо специально выделенным лицом.
Радиационный контроль должен быть организован так, чтобы в помещениях, где ведутся работы на стационарных установках с источниками с керма-эквивалентом более 2000 НГР*м/с (1 г-экв. Ra) на ускорителях заряженных частиц, с нейтронными источниками с выходом более 109 нейтр./с, с делящимися материалами, а также на ядерных реакторах и критических сборках, были установлены дозиметрические приборы с автоматическими звуковыми и световыми сигнализирующими устройствами. При необходимости предусматривается сигнализация трех уровней: нормального, предварительного, аварийного.
При проведении оперативного дозиметрического контроля, согласно НРБ-76/87, следует руководствоваться допустимыми и контрольными уровнями. Объем контроля устанавливается в зависимости от дозы b-, g-, n- и других излучений; содержанием газов и аэрозолей в воздухе и радионуклидов в твердых и жидких отходах; выбросом радионуклидов в атмосферу; уровнем загрязнения радионуклидами поверхностей, кожных покровов и одежды, объектов внешней среды, транспортных средств; индивидуальной дозой внешнего и внутреннего облучения. Результаты всех видов радиационного контроля должны храниться в течение 50 лет.
Персонал, работающий с делящимися веществами, на ядерных реакторах и критических сборках, а также в условиях непредвиденного аварийного облучения, должен быть обеспечен индивидуальными аварийными дозиметрами.
Персонал, для которого условия труда таковы, что доза не может превышать 1/3 ППД, не обязательно обеспечивать индивидуальными дозиметрами, позволяющими контролировать квартальную, годовую и дневную дозы внешнего облучения. Для этой группы осуществляется контроль мощности дозы внешнего излучения и объемной активности радионуклидов в воздухе рабочей зоны. Оценка облучения проводится по этим данным.
САНИТАРНЫЕ ПРАВИЛА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ АТОМНЫХ СТАНЦИИ, ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ И КРИТИЧЕСКИХ СТЕНДОВ (СБОРОК)
Санитарные правила разработаны в развитие и дополнение к нормам радиационной безопасности и отражают специфику обеспечения радиационной безопасности соответствующих объектов и установок.
При проектировании, строительстве и вводе в эксплуатацию указанных объектов и установок следует руководствоваться также санитарными нормами проектирования промышленных предприятий (СН 245-71).
ПРАВИЛА ДЛЯ АС (СП АС-88), ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ (СП ИР-89) И КРИТИЧЕСКИХ СТЕНДОВ (СП КС-88)
Санитарные правила для АС (СП АС-88) и исследовательских ядерных реакторов содержат несколько разделов: общие положения, основные требования к техническим средствам и организационным мероприятиям обеспечения радиационной безопасности, защите персонала, населения и охране окружающей среды; требования к выбору площадки размещения реакторов на местности и генеральному плану; радиационному контролю, планировке и отделке производственных помещений; требования к организации работ, организации технологического процесса и к оборудованию, отдельным операциям при эксплуатации и выполнении ремонтных работ; требования к предупреждению радиационных аварий и проведению работ по ликвидации их последствий; требования в общеобменной и технологической вентиляции, очистке и удалению газообразных и жидких отходов, системам водоснабжения и канализации; требования к санитарно-бытовым помещениям, мерам индивидуальной защиты, правилам личной гигиены и организации медицинского обслуживания; требования к персоналу и мерам повышения степени надежности оперативного персонала, участвующего в эксплуатации; мероприятия по снятию реактора с эксплуатации; требования по транспортированию отработавшего ядерного топлива. Эти правила не распространяются на транспортные ядерные энергетические установки и реакторные установки специального назначения.
«Санитарные требования к проектированию и эксплуатации систем централизованного теплоснабжения от атомных станций» (СТ ТАС-84) являются дополнением к СП АС-88. В них изложены требования, которые обусловлены спецификой атомного источника тепла к системе теплоснабжения: к системам централизованного теплоснабжения, присоединяемым к системе отпуска тепла от АС; к системам безопасности отпуска тепла от АС; к оборудованию системы отпуска тепла от АС; к организации и объему радиационного и санитарного контроля.
Критический стенд-комплекс, включающий ядерную критическую сборку и оборудование, необходимое для проведения экспериментов, управления критсборкой и радиационной безопасности и позволяющий осуществлять управляемую реакцию деления ядер в заданных условиях.
В санитарных правилах СП КС-88 отражены дополнительные специфические требования для критстендов. Они должны размещаться в специальном здании вне или внутри городской застройки. Каждая критсборка-в изолированном помещении (бокс, каньон), обеспечивающем локализацию и выдержку радиоактивных газов и аэрозолей в случае аварии с максимальными радиационными последствиями.
Ядерный реактор, как и критическая сборка, представляет собой устройство, в котором осуществляется управляемая цепная реакция деления тяжелых ядер (уран, плутоний, торий).
Процесс деления ядерного топлива в реакторе сопровождается испусканием нейтронного излучения с образованием радиоактивных продуктов деления, а также радионуклидов активации нейтронами.
Реакторы классифицируются по типу активной зоны (гетерогенные, гомогенные), по режиму работы (стационарный, импульсный), по энергии нейтронов, используемых для деления топлива (реактор на тепловых, быстрых или промежуточных нейтронах), по виду замедлителя и теплоносителя (графитовые, тяжеловодные, водо-водяные, жидкометаллические, газовые, органические и др.), по режиму теплосъема (вода под давлением или кипящая вода).
Основными видами радиационного воздействия на персонал в условиях нормальной работы и остановки реактора являются внешние b-, g- и нейтронные излучения (в основном g-излучение) и внутреннее облучение в результате поступления радиоактивных аэрозолей (главным образом в период ремонтных работ). Как правило, на остановленном реакторе нейтронное излучение отсутствует, за исключением реакторов, имеющих в активной зоне бериллиевый отражатель [образуются быстрые фотонейтроны по реакции (g, n)].
Характерной особенностью энергетических реакторов для АЭС является напряженный тепловой и гидравлический режим активной зоны, что может постепенно приводить к разгерметизации металлических оболочек небольшой доли твэлов, в которых заключено ядерное топливо, и к выходу части продуктов деления в теплоноситель из ставших негерметичными твэлов Газообразные и летучие продукты деления (криптон, ксенон, иод, цезий и др.) вследствие небольших неорганизованных протечек этого теплоносителя из контура теплосъема попадают в технологические помещения реактора, а затем удаляются в атмосферу. Для АЭС вероятно незначительное загрязнение продуктами деления помещений и оборудования, а также окружающей среды.
Исследовательские реакторы, как правило, оборудованы экспериментальными каналами, проходящими через активную зону, для облучения в них различных образцов. Они имеют горизонтальные или вертикальные пучки выведенных нейтронов, содержат экспериментальные радиоактивные петли, в которых могут производиться испытания отдельных твэлов, или радиационные контуры для активации . теплоносителя с последующим использованием его в качестве высокоактивного облучателя и т. д. На исследовательских реакторах внешнее облучение более вероятно, нежели внутреннее.
Безопасность АЭС и исследовательских реакторов обеспечивается за счет применения системы барьеров на пути распространения ионизирующих излучений и радиационных веществ за эти барьеры в обслуживаемые помещения и в окружающую среду и системы технических организационных мер по защите барьеров и сохранению их эффективности для защиты персонала и населения.
Система барьеров включает топливную матрицу, оболочки твэлов, границу контура теплоносителя, охлаждающего активную зону, герметичные помещения и локализующие системы безопасности для улавливания и удержания радиоактивных веществ (фильтры, барботеры, спринклерные установки и т п.).
В систему технических и организационных мер обеспечения безопасности АЭС и исследовательских реакторов включается: выбор площадки для размещения;
установление санитарно-защитной зоны вокруг реакторной установки с учетом требований НРБ-76/87, ОСП-72/87, СПАС-88;
разработку качественного проекта на основе консервативного подхода с развитым свойством самозащищенности реакторной установки и применением систем безопасности;
обеспечение требуемого качества элементов всех технологических систем и выполняемых работ;
эксплуатация в соответствии с нормативно-технической документацией по обоснованному технологическому регламенту и эксплуатационным инструкциям;
поддержание в исправном состоянии важных для безопасности систем путем проведения профилактических мер и замены выработавшего ресурс оборудования;
своевременное диагностирование дефектов и обнаружение отклонений от нормальной работы и принятие мер по их устранению;
предотвращение с помощью автоматизированных и/или автоматических технических средств перерастания исходных событий в проектные аварии, а проектных аварий в запроектные и гипотетические аварии;
ослабление последствий аварий, которые не удалось предотвратить, д путем локализации выделяющихся радиоактивных веществ;
подготовка и четкое осуществление при необходимости планов аварийных мероприятий на площадке и за ее пределами; подбор и необходимый уровень подготовки эксплуатационного персонала для действия в нормальных и аварийных условиях, формирование культуры безопасности.
При нормальной эксплуатации все барьеры и средства их защиты должны находиться в работоспособном состоянии. При повреждении любого из барьеров или средств его защиты выше установленных пределов, согласно условиям безопасной эксплуатации, реактор должен быть остановлен.
Радиационное воздействие на персонал ядерных критических стендов невелико при соблюдении санитарных правил проектирования и эксплуатации критических стендов (СП КС-88) и положения по ядерной безопасности (ПБЯ 02-90). Однако оно существенно возрастает при активационных измерениях и особенно при авариях - самопроизвольных цепных реакциях (СЦР).
Критическая сборка отличается от реактора низкой мощностью (не более 100 Вт), достаточной лишь для уверенной работы системы управления и защиты при проведении физических экспериментов, а также гибкостью конструкции, позволяющей легко менять, как правило, дистанционно, но иногда вручную геометрию и состав активной зоны, уровень замедлителя и отражателя. В остальном критическая сборка - полномасштабный прототип ядерного реактора (по размеру и составу активной зоны), но не имеющий фундаментальной биологической защиты и системы принудительного охлаждения активной зоны.
Поскольку часть операций по перестройке активной зоны проводят вблизи критической сборки, часто без достаточного уровня водной зашиты (вода является и замедлителем), на критических сборках вероятно внезапное аварийное облучение персонала, если в момент перестройки произойдет СЦР
ВИДЫ РАДИАЦИИ
Основную часть облучения население земного шара получает от естественных источников радиации. Большинство из них таковы, что избежать облучения от них совершенно невозможно. На протяжении всей истории существования Земли разные виды излучения падают на поверхность Земли из космоса и поступают от радиоактивных веществ, находящихся в земной коре. Человек подвергается облучению двумя способами. Радиоактивные вещества могут находиться вне организма и облучать его снаружи; в этом случае говорят о внешнем облучении. Или же они могут оказаться в воздухе, которым дышит человек, в пище или в воде и попасть внутрь организма. Такой способ облучения называют внутренним.
Облучению от естественных источников радиации подвергается любой житель Земли, однако одни из них получают большие дозы, чем другие. Это зависит, в частности, от того, где они живут. Уровень радиации в некоторых местах земного шара, там, где залегают особенно радиоактивные породы, оказывается значительно выше среднего, а в других местах - соответственно ниже. Доза облучения зависит также от образа жизни людей. Применение некоторых строите
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
