Безопасность жизнедеятельности. Радиационная безопасность, часть 2

Радиоактивное загрязнение
уровень радиоактивного загрязнения местности (радиоактивный след) и длительность загрязнения (уменьшение радиоактивности до природного фонового уровня) зависят от причины, вызвавшей загрязнение (радиоактивного инцидента)

Радиоактивное загрязнение
при ядерном взрыве преобладают радионуклиды с коротким периодом полураспада, и на следе радиоактивного облака происходит быстрый спад мощности дозы излучения;
при авариях на радиационно-опасных объектах радиоактивное заражение атмосферы и местности происходит легколетучими радионуклидами (йода, цезия, стронция, урана), обладающих длительными периодами полураспада.

Наземный ядерный взрыв
При наземном (подземном) ядерном взрыве окружающая среда сильно нагревается, значительная часть грунта и скальных пород испаряется и захватывается огненным шаром (при взрыве мощностью в 1 МТ испаряется и вовлекается в огненный шар около 20 тысяч тонн грунта).
Радиоактивные вещества оседают на расплавленных частицах грунта. В результате образуется мощное облако, состоящее из огромного количества радиоактивных и неактивных оплавленных частиц, которое поднимается и достигает своей максимальной высоты, стабилизируется, приобретая характерную грибовидную форму, и под действием воздушных потоков перемещается с определенной скоростью и в определенном направлении.
Большая часть радиоактивных осадков выпадает из облака в течение суток (до 24 ч) после ядерного взрыва.

Радиоактивное загрязнение при ядерном взрыве
Основные источники радиоактивности при ядерных взрывах: продукты деления веществ, составляющих ядерное горючее (200 радиоактивных изотопов 36 химических элементов)
Радиоактивность продуктов взрыва с течением времени быстро уменьшается - через 7 ч, 49 ч и через 343 ч после взрыва радиоактивность снижается соответственно в 10, 100 и 1000 раз по сравнению с активностью через час после взрыва.

Зоны радиоактивного загрязнения при ядерном взрыве
Зона «А» – умеренного загрязнения (уровень радиации: 8-80 Рентген/ч)
Зона «Б» - сильного загрязнения (80-240 Р/ч)
Зона «В» – опасного загрязнения (240-800 Р/ч)
Зона «Г» – чрезвычайно опасного загрязнения (> 800 Р/ч)

Зоны радиоактивного загрязнения при ядерном взрыве

Первый ядерный взрыв
Первый взрыв был произведен 16 июля 1945 г. в Америке, в штате Нью-Мексико.
На верхней платформе 33-метровой стальной вышки была взорвана атомная бомба. Последствия: стальная конструкция вышки испарилась, на ее месте образовалась воронка диаметром 37 м и глубиной 1,8 м.
В окружности 370 км была уничтожена вся растительность. Вспышка от взрыва на расстоянии 32 км казалась в несколько раз ярче, чем солнечный свет в полдень. После образовался огненный шар, существовавший несколько секунд. Свет от него был виден в населенных пунктах на расстоянии до 290 км. Звук от взрыва был слышен на таком же расстоянии.

Воздушный ядерный взрыв
При воздушном взрыве почти вся масса радиоактивных продуктов уходит в стратосферу и только небольшая часть остается в тропосфере.
Из тропосферы радиоактивные вещества выпадают в течение 1-2 месяцев, а из стратосферы- 5-7 лет.
За это время радиоактивно зараженные частицы уносятся воздушными потоками на большие расстояния от места взрыва и распределяются на огромных площадях. Поэтому они не могут создать опасного радиоактивного заражения местности. Опасность может лишь представлять радиоактивность в грунте и предметах, расположенных вблизи эпицентра воздушного ядерного взрыва.

Радиоактивное загрязнение при аварии ядерного реактора
На АЭС источником накопления радиоактивных веществ является реактор.
В большинстве АЭС в качестве ядерного топлива применяются, главным образом, диоксид урана 238 (U238 для воспроизводства ядерного топлива), обогащенный ураном 235 (U235 делящееся вещество)
Топливо размещается в тепловыделяющих элементах – твэлах (металлических трубках диаметром 6 - 15 мм, длиной до 4 м) - см. следующий слайд

ТВЭЛ
1 - заглушка; 2 - таблетки диоксида урана; 3 - оболочка из циркония; 4 - пружина; 5 - втулка; 6 - наконечник
В твэлах происходит ядерная реакция (деление тяжелых ядер U235), сопровождающееся выделением тепловой энергии, которая затем передаётся теплоносителю
При номинальной мощности реактора температура на оси твэла составляет около 1600 °C, а на поверхности таблеток - около 470 °C.
Максимальная температура достигает соответственно 1940 °C и 900 °C.
Температура наружной поверхности трубки твэла составляет около 350 °C

Ядерный реактор
В активной зоне реактора, где находятся твэлы, происходит реакция деления ядер урана - 235. В результате торможения осколков деления их кинетическая энергия разогревает реактор. Это тепло затем используется для получения пара, вращения турбин и выработки электроэнергии.
Во время реакции в твэлах накапливаются радиоактивные продукты деления.
Если в ядерной бомбе процесс деления идет мгновенно, то в твэлах - длится несколько месяцев и более. За этот срок короткоживущие изотопы распадаются, и идет накопление радионуклидов с большим периодом полураспада (бета- и гамма- излучатели).

Активная зона реактора

ТВЭЛы
Оболочки твэлов в настоящее время изготавливают из сплавов алюминия, циркония (температура плавления циркония = 1860 °C), нержавеющей стали
Сплавы алюминия используются в реакторах с температурой активной зоны менее 250-270 °C, сплавы Zr - в энергетических реакторах при температурах 350-400 °C, а нержавеющая сталь, которая интенсивно поглощает нейтроны, - в реакторах с температурой более 400 °C.
Иногда используют и другие материалы, например, графит.
Хорошая герметизация оболочки твэлов необходима для исключения попадания продуктов деления топлива в теплоноситель, что может повлечь распространение радиоактивных элементов в активную зону и первый контур охлаждения реактора

Зоны радиоактивного загрязнения при аварии на РОО
В отличие от зонирования при ядерном взрыве, учитывается зона «М» - зона радиационной опасности (зона с правом на отселение)

Сравнение радиоактивных элементов, выделившихся при авариях 7 уровня INES

«Кто самый страшный?»
Изотопы разных химических элементов по разному воздействуют на организм человека; для них определено понятие «критический орган» - т.е. орган, на который преимущественно воздействует тот или иной изотоп.
Например, изотопы стронция (стронций-89 и стронций-90) преимущественно поражают кости и костный мозг; изотоп йода-131 поражает щитовидную железу; изотоп полония-210 – селезенку и др.

Изотопы, выделяющиеся при авариях на РОО. Стронций-90
Стронций является аналогом кальция, поэтому он наиболее эффективно откладывается в костной ткани (в мягких тканях задерживается менее 1 %).
За счет отложения в костной ткани, он облучает костную ткань и костный мозг.
Поступление большого количества изотопа Стронций-90 может вызвать лучевую болезнь. Стронций-90 – основная причина развития лучевой болезни пораженных при авариях на РОО.

ФОРМУЛА РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА
Формула радиоактивного распада показывает уменьшение радиоактивности (убыль числа радиоактивных ядер) со временем по экспоненциальному закону

РАСЧЕТ ПЛОТНОСТИ РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВЫ ДЛЯ ОБОСНОВАНИЯ ЭВАКУАЦИИ, ОТСЕЛЕНИЯ, ПРОВЕДЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ РАБОТ И ДР.
Закон радиоактивного распада выражают формулой:
Мt = М0 · exp (- 0,693 · t / T)
Mt - активность радионуклида через время t
Мо - активность радионуклида в начальный момент времени (уровень радиации в момент аварии реактора или ядерного взрыва)
exp - экспонента, число е = 2,718
Т - период полураспада радионуклида ( он разный для разных изотопов: для цезия-137 ~ 30 лет, для стронция-90 ~ 29,1 года)
t - рассматриваемый отрезок времени

«Бытовая» радиация
По данным Американской комиссии радиационной безопасности и контроля, человек в среднем получает 55% ионизирующей радиации за счет природных источников, в т.ч. радона (радиоактивный газ). Около 11% - за счет медицинских манипуляций. Вклад космических лучей составляет примерно 8%. Остальное – постоянный радиационный фон, контакты с изотопами при мелких бытовых авариях и др.

НРБ 1999/2020
Наличие радионуклидов в воде из подземных источников:
Приоритетный перечень определяемых радионуклидов в воде включает следующие природные радионуклиды: 226Ra, 228Ra, 238U, 234U, 210Po, 210Pb, 232Th, 222Rn (обязательное определение для воды из подземных источников)

мирное применение радиоизотопов

Радиация в сельском хозяйстве
Широкое применение получают радиоактивные изотопы в сельском хозяйстве:
Облучение семян растений (хлопчатника, капусты, редиса и др.) небольшими дозами гамма-лучей от радиоактивных препаратов приводит к увеличению урожайности.
Большие дозы радиации вызывают мутации у растений и микроорганизмов, что в отдельных случаях приводит к появлению мутантов с новыми ценными свойствами (радиоселекция). Так были выведены ценные сорта пшеницы, фасоли и других культур, а также получены высоко продуктивные микроорганизмы, применяемые в производстве антибиотиков.
Гамма-излучение радиоактивных изотопов используется также для борьбы с вредными насекомыми и для консервации пищевых продуктов.

Радиация в быту
«Светящиеся составы» Люминесцирующие вещества светятся под действием радиоактивных излучений : прибавляя к люминесцирующему веществу (например, сернистому цинку) небольшое количество соли радия (продукт многоступенчатого распада урана 238U), приготовляют постоянно светящиеся краски (нанесенные на циферблаты и стрелки часов, прицельные приспособления и т. п., делают их видимыми в темноте).
Для справки – изотоп Радий-226 поражает кости и костный мозг, провоцируя развитие лучевой болезни

Постоянный радиационный фон
Естественный радиационный фон Земли связан с эволюцией биосферы (формирование земной коры и космические излучения)
Нормальный радиационный фон составляет до 0,20 мкЗв/час (20 мкР/час).
Порог безопасности для людей – 0,30 мкЗв/час (30 мкР/час).
В Санкт-Петербурге – 13-14 мкР/час

Непостоянный радиационный фон
На пляже Гуарапари в Бразилии — 160 мЗв/год (высокое содержание тория 232Th в песке)
В горячих источниках гор. Рам-Сер (Иран) уровень радиации — до 149 мЗв/год.

Уровни радиационного риска от величины эффективной дозы (мЗв)

Лучевая болезнь
Признаки заболевания зависят от дозы излучения, которой подвергался организм человека. Общие симптомы лучевой болезни негативно сказываются на общем самочувствии и сходны с проявлениями пищевой интоксикации:
тошнота;
приступы рвоты;
головокружение;
приступы мигрени;
сухость, горечь в полости рта;
повышение температуры тела;
судороги конечностей;
общая слабость.

Лучевая болезнь, 4 степени

Меры радиационной медицинской защиты
проведение йодной профилактики
использование специальных медицинских средств, способных минимизировать последствия радиационного воздействия на организм человека:
адаптогены (повышают общую сопротивляемость организма),
радиопротекторы (йодид калия),
адсорбенты (ускоряют выведение из организма радионуклеидов, в том числе – активированный уголь, полифепан и др.),
комплексоны (препараты, ускоряющие выведение радиоактивных веществ из организма, в том числе – фосфалюгель и др.).
При хронической лучевой болезни проводится симптоматическая терапия, в острой фазе – специальная противорадиационная терапия

Отдельным вопросом обеспечения радиационной безопасности является обращение с радиоактивными отходами, образующимися в процессе ядерного цикла.
В зависимости от вида образующихся отходов: жидкие радиоактивные отходы (ЖРО), твердые радиоактивные отходы (ТРО), – применяют разные технологии и способы утилизации, более конкретно вопросы обращения с радиоактивными отходами будут рассмотрены на лекции «Отходы как особый вид опасностей».