Порушення природного радіоактивного фону

Порушення радіоактивного фону в локальних умовах і тим більше глобальні небезпечні для існування біосфери і можуть привести до непоправних наслідків. Причиною збільшення радіоактивного фону є активна діяльність людини. Створення великої промисловості, наукових установок, енергетичних джерел, військової техніки й ін. може приводити до локальних змін фону. Але найбільш небезпечними причинами порушень природного радіоактивного фону є викиди радіоактивних часток, що можуть виникнути при ядерних вибухах або при експлуатації атомних електростанцій (АЕС).

В основі ядерних вибухів і роботи АЕС лежить явище розпаду ядер радіоактивних елементів, наприклад ядер урану. (Термін «розпад ядра» був введений у звертання за аналогією з терміном «розподіл клітки» у біології.)

Це явище полягає в тім, що при бомбардуванні нейтронами ядер ізотопу урану ²³⁵U його ядра розпадаються на дві приблизно рівні частини. Процес розпаду ядра супроводжується випущенням двох або трьох нейтронів, наприклад:

(11.11)

Ця реакція одна з типових, хоча в природі існують ще багато інших реакцій розпаду урану.

Важливо, що при розпаді урану вивільняється величезна кількість енергії, тому що маса ядра ²³⁵U більше сумарної маси осколків розпаду (у приведеній реакції ¹⁴¹Ва і ⁹²Zr). Різниця енергій між вихідним ядром урану й осколками розпаду складає приблизно 0,9 Мев на нуклон.

У кожнім процесі розпаду беруть участь 235 нуклонів і енергія, що виділяється при розпаді одного ядра, складає приблизно 0,9(235, тобто близько 200 МеВ. Але при цьому, як зазначено вище, виділяється 2 або 3 нейтрони, здатних викликати подальший розпад ядер, у такий спосіб здійснювати ланцюгову реакцію розпаду урану. При зазначених процесах виникають різні реакції, плин яких визначається багатьма умовами їхнього протікання. Важливим показником є коефіцієнт розмноження нейтронів f: середнє число нейтронів у кожнім акті розпаду, що викликають розпад інших ядер. Якщо f = 1, то йде ланцюгова реакція, що самопідтримується. Якщо f>l, то процес називається надкритичним, здатним викликати атомний вибух. Саме ця умова (f>l) виконується в атомних бомбах. Мінімальна маса речовини, що поділяється, наприклад урану або плутонію, необхідна для виконання умови f>l, тобто для виникнення ланцюгової реакції, називається критичною масою Μ_кр. (Термін «критична маса», що позначає перехід процесу в нову якість, використовується в біології і медицині, наприклад «критична маса міокарда» при виникненні особливо небезпечних аритмій серця.) Різниця між ядерним реактором і атомною бомбою полягає у швидкості вивільнення енергії: у реакторі підтримується f<l, але близько до неї, а в атомній бомбі f>l, відчого ланцюгова реакція розвивається з високою швидкістю і відбувається вибух. При цьому маса ядерного палива повинна перевищити Μ_кр. Для ²³⁵U критична маса Μ_кр » 50 кг, а для ²³³Pu – М_кр » 11 кг.

В епіцентрі вибуху розвивається величезна температура 10⁸ К и тиск 10¹² атм. Це викликає сукупність складних фізичних явищ. Речовина перетворюється в плазму, розлітається і втрачає надкритичність. Утвориться могутній потік нейтронів і гамма-випромінювання (1% від енергії, що виділилася,). Ці потоки небезпечні для людини, що знаходиться на відстані кількох сотень метрів. У повітрі утвориться ударна хвиля, тобто фронт високого тиску і щільності, що викликає руйнування в радіусі 1 км. У центрі вибуху на кілька секунд виникає яскраво світна куля радіусом близько 150 м (для бомби 20 кілотонн тротилового еквівалента). За час світіння приблизно 10-20% енергії вибуху переходить у світло, виникають пожежі й опіки. Крім того, виникає інтенсивне радіаційне випромінювання, його джерелом є осколки розпаду ядерного палива - нестабільні ізотопи з Z від 30 до 60.

Розріджене нагріте повітря піднімає нагору продукти розпаду на висоту до 50 км, після чого ця хмара може розпливатися на сотні і навіть тисячу кілометрів. Радіоактивні частки випадають на поверхню землі, утворюючи радіоактивний слід. Радіонукліди, що знаходяться у виді аерозолей у повітрі, а також осілі на земну поверхню, можуть представляти для людини небезпеку. Оцінку ступеня небезпеки можна одержати по активності препарату А:

де N - кількість ядер, що розпадаються. Активність даного препарату виміряється в кюрі (Кu): 1 Кu = 3,7 × 10¹⁰ розпад/с. Активність зменшується згодом по експонентному законі:

Α = λΝ₀× е^-^l^t, (11.13)

де λ - постійна розпаду, Ν₀ - початкова кількість ядер. Для крапкових джерел випромінювань потужність експозиційної дози зменшується з відстанню за законом:

(11.14)

де r - відстань від джерела випромінювання, К_g - гамма-постійна, залежна від природи радіоактивного джерела. Значення К_g для деяких радіоактивних джерел:

¹³¹I – 2,6 ⁶⁰Co – 13,5

²⁴Na – 18,6 ²²⁰Ra – 8,4.

Таким чином, при випаданні радіонуклідів на ґрунт ступінь небезпеки їхнього впливу на організм залежить від природи радіоактивного ізотопу (ДО_g), його активності і відстані r від людини до джерела, а експозиційну дозу можна оцінити зі співвідношення

де Dt - час опромінення.

Таблиця 11.4. Властивості деяких радіонуклідів

Радіоактивний ізотоп	Період напіврозпаду	Вид випромінювання
¹³¹I	8 днів	g (0,7 МеВ)
⁹⁰Sr	28 років	–β (0,2 МеВ)
¹³⁷Cs	27 років	–β (0,3 МеВ) і γ (0,6 МеВ)

При аваріях на АЕС або при ядерних вибухах в атмосферу можуть викидатися різні радіонукліди, властивості деяких з них приведені в табл. 11.4.

Ці ізотопи можуть накопичуватися в організмі, викликаючи ньому порушення діяльності як окремих органів, так організму в цілому.

Так, ¹³¹I накопичується в щитовидній залозі, і вже 0,35 мг радіоактивного йоду небезпечні для людини (при щодобовій потребі близько 150 мг). Ізотоп ⁹⁰Sr накопичується в кістковій тканині, а ізотоп ¹³⁷Cs рівномірно розподіляється в клітках організму.

Особливу небезпеку представляють підвищені дози радіоактивних випромінювань для кровотворної системи, травного тракту і залоз внутрішньої секреції людини. Люди, що працюють з випромінюванням: у лікарнях, на АЕС, у лабораторіях - можуть одержувати дозу до 0,5 бер у рік.

Гранично припустимою біологічною дозою для людини при професійному опроміненні вважається 5 бер у рік. Мінімальна летальна доза від «прямого g-променя» умовно прийнята 600 бер при опроміненні всього тіла.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Природний радіоактивний фон Землі	\|	Електромагнітні і радіоактивні випромінювання в медицині

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.003 сек.