Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Главная страница


К сожалению




Скачать 372.95 Kb.
страница1/2
Дата15.05.2017
Размер372.95 Kb.
  1   2
Введение
Однажды рабу Эзопу его хозяин Ксантос приказал купить на базаре то, что лучше всего. Эзоп, известный своей мудростью, купил язык. Удивлённому хозяину он объяснил, что нет ничего лучше, чем язык, ибо он помогает людям понимать друг друга, служит ключом к знанию, источником правды и мудрости.

На другой день Ксантос велел своему слуге принести с базара самую плохую вещь. Эзоп снова принёс язык, утверждая, что в мире нет ничего хуже его, ибо язык – источник лжи, виновник сплетен, колыбель ссор, заблуждений и клеветы.

Прошло более двадцати столетий, и перед человечеством вновь встала подобная дилемма: атом и радиация, которую он испускает, могут для нас стать источником благоденствия или гибели, угрозой или надеждой, лучшей или худшей «вещью».

Мы живём в XXI веке - веке высоких технологий, но ещё в конце XIX в. двумя учеными: Пьером и Марией Кюри было открыто явление радиоактивности. Благодаря этому явлению был совершен существенный прорыв в области медицины и в различных отраслях промышленности, включая энергетику. Однако именно это достижение поставило существование всей планеты под угрозу: выяснилось, что воздействие радиационного излучения на организм может иметь трагические последствия. Давно уже прошла Холодная война, мы уже пережили Чернобыль и многие засекреченные аварии на полигонах, однако проблема радиационной угрозы никуда не ушла, и по сей день служит главной угрозой биосфере. К сожалению, отсутствие достоверной информации вызывает неадекватное восприятие данной проблемы. Газетные истории о шестиногих ягнятах и двухголовых младенцах сеют панику в широких кругах. Проблема радиационного загрязнения стала одной из наиболее актуальных. Поэтому я и обратился к этой теме. Радиоактивность следует рассматривать как неотъемлемую часть нашей жизни, но без знания закономерностей процессов, связанных с радиационным излучением, невозможно реально оценить ситуацию.

Таким образом, цель моей работы: узнать о явлении радиоактивности и о учёных, открывших данное явление, о пользе и вреде радиоактивности.

Задачи работы:


  • изучить литературу по данному вопросу

  • встретиться и пообщаться с людьми, которые непосредственно занимаются вопросами, связанными с радиоактивностью

  • узнать принцип работы АЭС и обеспечение безопасности для населения

  • узнать принципы утилизации радиоактивных отходов

  • узнать о радиационно опасных объектах Нижегородской области

  • посетить информационный центр по атомной энергии

  • провести с помощью дозиметра замеры уровня радиации в школе и прилегающей территории



Явление радиоактивности. Виды излучений.
Явление радиоактивности «старо, как мир» в буквальном смысле. Радиоактивность существовала на Земле задолго до зарождения на ней жизни. Радиация постоянно наполняет космическое пространство, радиоактивные вещества входят в состав Земли. Даже человек слегка радиоактивен.

Открыто явление радиоактивности было в 1896 году, когда французский учёный Беккерель обнаружил, что уран обладает особым излучением, которое и было названо радиоактивным.


Радиоактивность – это свойство ядра. Это способность ядра самопроизвольно превращаться в другое ядро с испусканием частиц либо квантов энергии.

В 1897-98 годах Мария Склодовская-Кюри обнаружила аналогичное излучение у тория и, исследуя урановые руды, открыла новые радиоактивные химические элементы: полоний, радий.


Позднее было установлено, что все химические элементы, начиная с порядкового номера 83, являются радиоактивными.
1899 году - английский физик Э.Резерфорд в результате проведенных опытов открыл неоднородность радиоактивного излучения.
В магнитном поле поток радиоактивного излучения распадается на 3 составляющих: альфа- лучи, бета-лучи и гамма-лучи.

Альфа-излучение представляет собой поток альфа-частиц, распространяющихся с начальной скоростью около 20 тыс. км/с.

α – Частицы представляют собой ядра атомов гелия, т.е. He42.

Их ионизирующая способность огромна, а так как на каждый акт ионизации тратится определенная энергия, то их проникающая способность незначительна (длина пробега в воздухе составляет 3—11 см, а в жидких и твердых средах — сотые доли миллиметра). Альфа-излучение полностью задерживается листом плотной бумаги, не менее надёжной защитой от альфа-частиц является одежда человека.

Поскольку альфа-излучение имеет наибольшую ионизирующую, но наименьшую проникающую способность, внешнее облучение альфа-частицами практически безвредно, но попадание их внутрь организма весьма опасно.

α – Распад - это радиоактивный распад ядер атомов, сопровождающийся выделением α – частиц.

Например, α – распад характерен для изотопа актиния Ac227, который распадается с образованием элемента астата:

Ac89 227 = At87 223 He2 4
Бета-излучение — поток бета-частиц, которые в зависимости от энергии излучения могут распространяться со скоростью, близкой к скорости света (300 тыс. км/с).

β - Частицы представляют собой поток электронов. β –Частицы обозначают β-1 0.

Заряд бета-частиц меньше, а скорость больше, чем у альфа-частиц, поэтому они имеют меньшую ионизирующую, но большую проникающую способность. Длина пробега бета-частиц с высокой энергией составляет в воздухе до 20 м, воде и живых тканях — до 3 см, металле — до 1 см.

Бета-частицы почти полностью поглощают оконные или автомобильные стекла и металлические экраны толщиной в несколько миллиметров.

Одежда поглощает до 50 % бета-частиц.

При внешнем облучении организма на глубину около 1 мм проникает 20—25 % бета-частиц, поэтому внешнее бета-облучение представляет серьезную опасность лишь при попадании радиоактивных веществ непосредственно на кожу (особенно на глаза) или же внутрь организма.
β – Распад это - распад атомных ядер, сопровождающийся испусканием β - частиц.

Например, β- распад характерен для изотопа тория Th231 с образованием протактиния:


Th90231 = Pa91231 β-10

Радиоактивный распад часто сопровождается электромагнитным излучением (γ –излучением), например:


Be414=B511 β-10 γ

Гамма-излучение — имеет ту же природу, что и видимый свет, однако имеет гораздо большую проникающую способность.

Гамма-излучение испускается отдельными порциями (квантами) и распространяется со скоростью света. Ионизирующая способность его значительно меньше, чем у бета-частиц и тем более у альфа-частиц. Зато гамма-излучение имеет наибольшую проникающую способность и в воздухе может распространяться на сотни метров. Из-за наибольшей проникающей способности гамма-излучение является важнейшим фактором поражающего действия радиоактивных излучений при внешнем облучении.


Для ослабления энергии гамма- излучения в два раза необходим слой вещества (слой половинного ослабления) толщиной:


  • Воды — 23 см;

  • Стали — около 3 см;

  • бетона — 10 см;

  • дерева — 30 см.

Хорошей защитой от гамма-излучений являются тяжелые металлы, например свинец.

Существуют и другие виды излучений:


Нейтронное излучение


Нейтронное излучение — представляет собой поток нейтронов, скорость распространения которых достигает 20 тыс. км/с. Так как нейтроны не имеют электрического заряда, они легко проникают в ядра атомов и захватываются ими. При ядерном взрыве большая часть нейтронов выделяется за короткий промежуток времени. Они легко проникают в живую ткань и захватываются ядрами ее атомов. Поэтому нейтронное излучение оказывает сильное поражающее действие при внешнем облучении.

Лучшими защитными материалами от нейтронного излучения являются водородсодержащие материалы:




  • Обычная полиэтиленовая пленка;

  • Парафин;

  • Вода и др.

Рентгеновские излучения (икс-лучи) были открыты первыми из всех ионизирующих излучений и наиболее хорошо изучены. У них та же физическая природа (электромагнитное поле) и те же свойства, что и у гамма-излучений. Их различают прежде всего по способу получения, и в отличие от гамма-лучей они имеют внеядерное происхождение. Излучение получают в специальных вакуумных рентгеновских трубках при торможении (ударе о специальную мишень) быстро летящих электронов.
Энергия квантов рентгеновских лучей несколько меньше, чем гамма-излучения большинства радиоактивных изотопов, соответственно, несколько ниже их проникающая способность. Однако это второстепенные различия. Поэтому рентгеновские лучи широко используют вместо гамма-излучения, в частности для экспериментального облучения животных, семян растений и т. п. С этой целью применяют рентгеновские установки для облучения (просвечивания) людей.
Лучшими защитными материалами от рентгеновских лучей так же являются тяжелые металлы и в частности свинец.

Дозовые характеристики ионизирующих излучений

При попадании в вещество частица или фотон взаимодействует с атомами и молекулами. При этом может иметь место их ионизация, возбуждение, энергия частицы может превратиться в тепловую энергию, возможны химические и ядерные превращения, другие эффекты.

Биологическое действие ионизирующих излучений определяется прежде всего количеством энергии, выделенной в результате взаимодействия в биологической ткани. Для оценки этого действия вводят различные дозовые характеристики.

Поглощённая доза Dэто средняя энергия излучения, поглощённая в единице массы вещества. Её единицей (СИ) измерения является «грей».

Мерой ионизирующего действия излучения является экспозиционная доза X, единицей которой является «рентген».

С целью учёта различия биологического действия различных излучений, введено понятие эквивалентная доза H. Единицей измерения (СИ) является «зиверт».

H=k*D, где k- коэффициент, учитывающий качество излучения. При одной и той же поглощённой дозе α-излучение гораздо опаснее, чем β- или γ-излучение.

Приращение экспозиционной, поглощённой или эквивалентной дозы в единицу времени называют мощностью соответствующей дозы (Гр*сек-1, Р*сек-1, Зв*сек-1).



Естественная радиоактивность.

Радиоактивный фон.

Естественная радиация в биосфере вносит основной вклад в общую радиацию (80%). Её составляющими являются космическое излучение и радиация земного происхождения.

Уровень космического излучения на Земле не везде одинаков, растёт с высотой из-за уменьшения толщины защитного экрана атмосферы. При подъёме с уровня моря на высоту полёта авиалайнера доза облучения возрастает в 15-20раз. Примерная доза за рейс Нью-Йорк - Париж по данным НКДАР ООН в 1985 году составляла 50 микрозивертов за 7,5 часов полета.



Естественным источником радиации на Земле являются также радиоактивные вещества, входящие в её состав. Они образовались и постоянно вновь образуются без участия человека. Это прежде всего долгоживущие радиоактивные изотопы, появившиеся, вероятно, одновременно с формированием планет Солнечной системы или, по крайней мере, с образованием Земли (калий -40, рубидий-87, самарий-147 и др.). Сюда же относятся радиоактивные семейства во главе с родоначальниками ураном и торием. Сейчас известно более 300 естественных радионуклидов. В земной коре естественные радионуклиды могут быть рассеяны или сконцентрированы в виде месторождений. От этого зависит уровень радиации в конкретных местах земного шара. В некоторых участках проживания на Земле доза облучения повышена в 50раз и более по сравнению со средним значением.

Поскольку по химическим свойствам радиоизотопы не отличаются от стабильных, они следуют вместе с ними в соответствии с химическими и биологическими законами круговорота в природе по всем биологическим и пищевым цепочкам.



В организм человека непрерывно поступают радионуклиды через продукты питания, питьевую воду и вдыхаемый воздух. В органах и тканях человека устанавливается относительно постоянная концентрация естественных радионуклидов, находящихся в равновесии с поступлением внутрь организма и их выходом из него. В организме взрослого человека массой 70кг содержится в среднем: около 7*10-4г U238; 5*10-6г U235; 0,7г Th232; 2,5*10-10г Ra226; 3*10-3г K40, а также C14, T3, Po210, Pb210.

Техногенно изменённый радиоактивный фон

В последние десятилетия в результате человеческой деятельности происходит постоянное перераспределение радионуклидов в окружающей среде. Кроме того, появилось несколько сотен новых, отсутствующих в природе радионуклидов за счёт ядерных реакций, осуществляемых человеком.

Источники радиации.

Средние годовые эффективные эквивалентные дозы облучения, мЗв

В настоящее время основной вклад в дозу, получаемую человеком от искусственных источников радиации, вносят медицинские процедуры и методы лечения, связанные с использованием радиоактивности.

Одним из самых распространённых медицинских приборов является рентгеновский аппарат. В процессе фотографии грудной клетки человек получает около 0,09мЗв, а при рентгеноскопическом обследовании кишечной полости величина дозы достигает 2,1мЗв, что составляет более половины дозы, получаемой человеком за год от всевозможных источников радиации.



Живое вещество и радиация
Любое изменение в облучаемом объекте, вызванное ионизирующим излучением, называется радиационно-индуцированным эффектом. В принципе радиационно-индуцированные эффекты могут быть как вредными, так и полезными. Крайний пример вредных последствий облучения – это лучевое поражение организма в результате чрезмерных доз ионизирующей радиации. Вместе с тем ионизирующие излучения с успехом применяются для диагностики и лечения некоторых заболеваний.

Понятно, что как для целенаправленного использования ионизирующих излучений, так и для выработки защитных мер против их вредного воздействия необходимо знать, как в живом организме возникают радиационно-индуцированные эффекты. Эта задача не из легких, и сейчас над ней работают многие коллективы ученых самых разных специальностей – физики, радиобиологи, генетики, биохимики. В чем трудность изучения радиационного воздействия на живой организм? Дело в том, что проблема взаимодействия ядерных излучений с живым веществом имеет как бы несколько этажей сложности.


Во-первых, сама по себе физическая задача прохождения излучения через вещество любой природы, не обязательно живое, уже чрезвычайно сложна и весьма далека от своего окончательного решения. Любопытно, что этой задачей в то или иное время занимались почти все классики современной физики – Нобелевские лауреаты Г. Бете, Н. Бор, Ю. Вигнер, Л.Д. Ландау, Н. Мотт, Э. Резерфорд, И.Е. Тамм, Э. Ферми, Ч. Янг и многие другие замечательные ученые. Задача взаимодействия излучения с веществом как бы дразнила их своей сложностью, она в какой-то степени стала обязательным этапом образования этих выдающихся физиков.

Во-вторых, сама структура живой материи, ее атомное и электронное строение необычайно причудливо, и проанализировать или даже промоделировать с достаточной точностью воздействие проникающей радиации на живое вещество удается очень редко.

Следствием сложного строения живых систем становится неоднозначность их отклика на действие ионизирующего излучения – в одном и том же облучаемом объекте может возникнуть множество разных эффектов. Например, в живой клетке могут наблюдаться разрывы молекул нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), хромосомные нарушения, изменение нормальной процедуры деления клетки, наконец, гибель клетки – и все эти неблагоприятные последствия проявляются вместе или порознь. Одним словом, поглощенная энергия ионизирующих излучений способна «запускать» целую цепочку заранее неизвестных событий, расстраивающих тонкий механизм жизнедеятельности. При этом первичными физическими процессами, играющими роль спускового крючка для разнообразных нарушений, служат ионизация и возбуждение атомов облучаемого вещества, а также их смещение в упорядоченной биологической структуре, например, в молекуле белка. Однако вероятность попаданий ионизирующих частиц в макромолекулы (белки и нуклеиновые кислоты) меньше, чем вероятность попаданий в молекулы воды, которая служит основным растворителем в клетке. Поэтому радиолиз воды (разложение воды под действием радиации с образованием молекулярного водорода Н2, перекиси водорода Н2О2, и гидроксильных радикалов ОН•, Н•) имеет первостепенное значение в радиобиологических процессах. Согласно теории радикалов, главную роль в развитии радиобиологических изменений играют радиоактивные ионы и радикалы, которые образуются в воде.

Высокая активность радикалов обуславливает химические реакции между ними и активными группами биологически важных белковых молекул, находящихся в непосредственной близости от них. В таких реакциях, как правило, разрушаются компоненты биологических веществ, а это в свою очередь приводит к изменениям в процессе метаболизма.

Начало атомного века

Атомная энергетика и радиоактивность в биосфере

Производство атомной энергии создаёт ещё один источник поступления радиоактивности в биосферу. А как же всё начиналось?



Опыт Резерфорда по рассеянию альфа-частиц

В 1911году Э. Резерфорд ставит опыт по рассеянию альфа-частиц. Пучок aльфа -частиц пропускался через тонкую золотую фольгу.


Золото было выбрано как очень пластичный материал, из которого можно получить фольгу толщиной практически в один атомный слой.

Некоторые альфа-частицы проходили сквозь фольгу, образуя на экране размытое пятно, а следы от других альфа-частиц были зафиксированы на боковых экранах.



Опыт показал, что положительный заряд атома сконцентрирован в очень малом объеме - ядре, а между ядрами атомов существуют большие промежутки. На основании данного опыта Резерфорд предложил планетарную модель строения атома.

Резерфорд установил, что: атом имеет в центре ядро, размеры которого во много раз меньше размеров самого атома. Вокруг ядра по орбитам движутся электроны. Почти вся масса атома сконцентрирована в его ядре.
Суммарный отрицательный заряд всех электронов равен суммарному положительному заряду ядра атома и компенсирует его.
Превращения элементов можно осуществлять с помощью ядерных реакций.

Ядерные реакции – это взаимодействие ядер атомов с элементарными частицами, γ –излучением или с ядрами других элементов.

Первая искусственная ядерная реакция была осуществлена английским физиком Резерфордом, который подвергал бомбардировке изотоп азота N14 α-частицами:
N714 He24= O817 H11

С помощью ядерных реакций получают различные химические элементы, в том числе синтезируют и новые. Например, элемент Кюрий был получен бомбардировкой изотопа плутония Pu239 ускоренными α-частицами:


Pu94239 He24=Cm96242 n01
Искусственная радиоактивность

 

Искусственную радиоактивность открыли супруги Ирен (1897—1956) и Фредерик (1900— 1958) Жолио-Кюри. 15 января 1934 года их заметка была представлена Ж. Перреном на заседании Парижской Академии наук. Ирен и Фредерик сумели установить, что после бомбардировки альфа-частицами некоторые легкие элементы — магний, бор, алюминий — испускают позитроны (β 10).



 Далее они попытались установить механизм этого испускания, которое отличалось по своему характеру от всех известных в то время случаев ядерных превращений. Ученые поместили источник альфа-частиц (препарат полония) на расстоянии одного миллиметра от алюминиевой фольги. Затем они подвергали ее облучению в течение примерно десяти минут. Счетчик Гейгера — Мюллера показал, что фольга испускает излучение, интенсивность которого падает во времени по экспоненциальной зависимости с периодом полураспада 3 минут 15 секунд. В экспериментах с бором и магнием периоды полураспада составили 14 и 2,5 минут соответственно.

 

А вот при опытах с водородом, литием, углеродом, бериллием, азотом, кислородом, фтором, натрием, кальцием, никелем и серебром, таких явлений не обнаруживалось. Тем не менее, супруги Жолио – Кюри сделали вывод о том, что излучение, вызванное бомбардировкой атомов алюминия, магния и бора, нельзя объяснить наличием какой-либо примеси в полониевом препарате. «Анализ излучения бора и алюминия в камере Вильсона показал, — пишут в своей книге «Биография атома» К. Манолов и В. Тютюнник, — что оно представляет собой поток позитронов. Стало ясно, что ученые имеют дело с новым явлением, существенно отличавшимся от всех известных случаев ядерных превращений. Известные до того времени ядерные реакции носили взрывной характер, тогда как «испускание положительных электронов некоторыми легкими элементами, подвергнутыми облучению альфа-лучами полония, продолжается в течение некоторого более или менее продолжительного времени после удаления источника альфа-лучей. В случае бора, например, это время достигает получаса.



 

Супруги Жолио – Кюри пришли к выводу, что здесь речь идет о самой настоящей радиоактивности, проявляющейся в испускании позитрона.

 

Нужны были новые доказательства, и, прежде всего, требовалось выделить соответствующий радиоактивный изотоп. Опираясь на исследования Резерфорда и Кокрофта, Ирен и Фредерику Жолио-Кюри удалось установить, что происходит с атомами алюминия при бомбардировке их альфа-частицами полония. Сначала альфа-частицы захватываются ядром атома алюминия, положительный заряд которого возрастает на две единицы, вследствие чего оно превращается в ядро радиоактивного атома фосфора, названного учеными «радиофосфором». Этот процесс сопровождается испусканием одного нейтрона, вот почему масса полученного изотопа возрастает не на четыре, а на три единицы и становится равной 30. Устойчивый изотоп фосфора имеет массу 31. «Радиофосфор» с зарядом 15 и массой 30 распадается с периодом полураспада 3 минут 15 секунд, излучая один позитрон и превращаясь в устойчивый изотоп кремния.



 

Единственным и неоспоримым доказательством того, что алюминий превращается в фосфор и потом в кремний с зарядом 14 и массой 30, могло быть только выделение этих элементов и их идентификация с помощью характерных для них качественных химических реакций. Для любого химика, работающего с устойчивыми соединениями, это было простой задачей, но у Ирен и Фредерика положение было совершенно иным: полученные ими атомы фосфора существовали чуть больше трех минут. Химики располагают множеством методов обнаружения этого элемента, но все они требуют длительных определений. Поэтому мнение химиков было единодушным: идентифицировать фосфор за такое короткое время невозможно.

 

Однако супруги Жолио-Кюри не признавали слова «невозможно». И хотя эта «неразрешимая» задача требовала непосильного труда, напряжения, виртуозной ловкости и бесконечного терпения, она была решена. Несмотря на чрезвычайно малый выход продуктов ядерных превращений и совершенно ничтожную массу вещества, претерпевшего превращение, — лишь несколько миллионов атомов, удалось установить химические свойства полученного радиоактивного фосфора».



 

Обнаружение искусственной радиоактивности сразу было оценено как одно из крупнейших открытий века. До этого радиоактивность, которая была присуща некоторым элементам, не могла быть ни вызвана, ни уничтожена, ни как-нибудь изменена человеком. Супруги Жолио-Кюри впервые искусственно вызвали радиоактивность, получив новые радиоактивные изотопы. Ученые предвидели большое теоретическое значение этого открытия и возможности его практических приложений в области биологии и медицины.

 

Уже в следующем году первооткрыватели искусственной радиоактивности Ирен и Фредерик Жолио-Кюри были удостоены Нобелевской премии по химии.



К сожалению, жизнь обоих поколений ученых – физиков Кюри была в прямом смысле принесена ей в жертву науке. Мария Кюри (единственная женщина – дважды лаурет Нобелевской премии), ее дочь Ирэн и зять Фредерик Жолио-Кюри умерли от лучевой болезни, возникшей в результате многолетней работы с радиоактивными веществами. Вот что пишет М.П.Шаскольская: «В те далекие годы, на заре атомного века, первооткрыватели радия не знали о действии излучения. Радиоактивная пыль носилась в их лаборатории. Сами экспериментаторы спокойно брали руками препараты, держали их в кармане, не ведая о смертельной опасности. К счетчику Гейгера поднесен листок из блокнота Пьера Кюри (через 55 лет после того, как в блокноте велись записи!), и ровный гул сменяется шумом, чуть ли не грохотом. Листок излучает, листок как бы дышит радиоактивностью…»

Открытие реакции расщепления ядер урана

Журналисты часто задавали Резерфорду вопрос, удастся ли когда-нибудь в будущем использовать энергию, скрытую внутри атома. «Это время, вероятно, никогда не наступит. А тот, кто строит такие планы, - фантазёр, живущий на Луне!» - заявил Резерфорд незадолго до своей смерти в 1937году. Однако всего через год Отто Ган открыл реакцию расщепления урана. Позднее Ган признался: «Мы и понятия не имели, что реакция деления ядра урана приведёт к таким значительным последствиям».

Профессор Ган подвергал уран бомбардировке нейтронами. Радиохимический анализ образующихся при этом продуктов дал невероятный результат: при бомбардировке возникал барий – элемент, который вдвое легче урана.

Оказалось, что при делении одного уранового ядра также освобождается энергия 150 – 200 МэВ. Вскоре последовали ещё два важных открытия. Одно из них принадлежало Нильсу Бору. Оказалось, что не все ядра природного урана способны делиться. Это происходит с одним изотопом урана, имеющим массовое число 235. Уран -235 присутствует в природном уране в малом количестве – около 1кг на 140кг, и его очень трудно отделить от остальных изотопов, составляющих природный уран.

Другое открытие сделали супруги Жолио-Кюри. Они установили, что при делении ядра урана выделяется одновременно ещё два или три нейтрона. Это означало, что в процессе деления возникают новые дополнительные снаряды. Если каждый из освободившихся трёх нейтронов достиг других ядер и при их делении снова высвободилось бы по три нейтрона, то возникла лавина последовательных делений – цепная реакция. Регулирование такого процесса позволило бы практически непрерывно получать энергию из ядер урана.



Принцип действия ядерного реактора

Природный уран содержит три изотопа с массовыми числами 234,235 и 238. Ядра урана-235 расщепляются как быстрыми, так и медленными (тепловыми) нейтронами, а ядра урана-238 поглощают нейтроны только определённых скоростей и распадаются в исключительных случаях. Медленные же нейтроны отражаются от ядер урана-238 и летят дальше. Цепную реакцию в природном уране можно осуществить только при том условии, если удастся уменьшить скорость освобождённых в процессе деления нейтронов до того, как их поглотят ядра урана-238. Это достигается с помощью так называемых замедлителей, в качестве которых используют тяжёлую воду, графит и другие вещества. Реактор можно привести в действие только тогда, когда он достигнет критического размера, при котором хотя бы один из нейтронов, возникших при делении ядра урана, обязательно вызовет расщепление другого ядра урана-235.

Следовательно, стационарная ядерная реакция наступает тогда, когда производство нейтронов деления в объёме расщепляющегося материала превышает их утечку из этого объёма ровно настолько, что каждый захват в расщепляющемся материале нейтронов «следующего поколения» обеспечивает и вызывает только одно деление. Если радиус объёма расщепляющегося материала хоть немного меньше критического, то из этого объёма будет вылетать больше нейтронов, и соответственно в нём будет оставаться меньше свободных нейтронов, чем требуется для поддержания стационарной цепной реакции. Поэтому скорость реакции, хотя и медленно, начнёт падать и цепная реакция постепенно угаснет.

Чтобы иметь возможность оценивать, насколько быстро будет нарастать цепная реакция в произвольном объёме расщепляющегося материала, учёные ввели так называемый коэффициент размножения нейтронов. Этот коэффициент показывает, во сколько раз каждое следующее поколение нейтронов многочисленнее предыдущего, иными словами, во сколько раз увеличивается поток нейтронов после очередного их «срабатывания».

Если коэффициент размножения больше единицы, то число нейтронов, а следовательно, и число делений ядер урана-235 или плутония бесконечно возрастает и процесс неизбежно заканчивается взрывом. Это и происходит в атомной бомбе.

Рассмотрим схему первого в мире атомного реактора. Процесс деления происходит в ядерном топливе (как правило, оно представляет собой стержни, трубки или тонкие ленты из урана или плутония -1), помещённом в активную зону реактора и окружённом замедлителем (2). В активную зону вводятся и могут в ней перемещаться элементы управления: регулирующие (управляющие) и предохранительные (аварийные) стержни -5, с помощью которых изменяется степень поглощения нейтронов и регулируется процесс в реакторе вплоть до полной его остановки. Регулирующие стержни содержат кадмий или бор – химические элементы с большим эффективным сечением поглощения нейтронов; в зависимости от глубины погружения в активную зону эти стержни поглощают больше или меньше нейтронов и тем самым уменьшают или увеличивают мощность реактора. Активная зона реактора является мощным источником тепла и требует достаточного охлаждения (для этого используется система охлаждения). Кроме того, она служит источником мощного гамма-излучения и интенсивного потока нейтронов. Активная зона окружена так называемым отражателем-3, благодаря которому часть вылетающих нейтронов возвращается обратно в зону реакции, и несколькими слоями вещества, поглощающими излучение, которые образуют защитный (экранирующий) кожух реактора – 4.



Схема первого в мире атомного реактора.

Атомные электростанции являются частью огромного производственного комплекса, называемого ядерным циклом.

Так как содержание урана - 235в природной смеси составляет лишь 0,7%, первым этапом ядерного цикла является обогащение урана (до 2-4%).

Для большинства используемых в настоящее время реакторов топливом служит обогащённый уран в виде диоксида UO2. Диоксид урана спрессовывают в таблетки, которые помещают в оболочку в виде трубки из нержавеющей стали ТВЕЛ (топливный элемент). Данные трубки собирают в пакеты, называемые топливными сборками или кассетами. Полностью загруженная активная зона реактора обычно содержит 150 топливных сборок, состоящих из 50тыс.топливных стержней, которые в свою очередь содержат 10млн. таблеток с общей массой урана 75тонн. Во время эксплуатации около 1/3 сборок в активной зоне заменяется при каждой перезагрузке, производимой один раз в год.

Сравнительная оценка экологических характеристик тепловых электростанций и АЭС

Все большее количество стран — и развитых, и развивающихся, — сегодня приходят к необходимости начала освоения мирного атома. Сегодня в мире обозначилась тенденция, получившая название «ядерный ренессанс». Самые сдержанные прогнозы говорят о том, что в перспективе 2030 года на планете будет эксплуатироваться до 500 энергоблоков (для сравнения, сейчас их насчитывается 442).

Больше всего АЭС (63 АЭС, 104 энергоблока) эксплуатируется в США. На втором месте идет Франция (58 энергоблоков), на третьем — Япония (54 блока в эксплуатации). Для сравнения: в России эксплуатируется 10 АЭС (32 энергоблока).

Отходами на тепловых электростанциях являются зола, дымовые газы, зольная пыль, радиоактивные нуклиды и неиспользованное топливо.

В нижеследующей таблице представлена сравнительная оценка экологических характеристик электростанций на органическом и ядерном топливе.

Стр25


Все АЭС мира за 35 лет эксплуатации дали почти в 9 раз меньше твёрдых отходов, чем одна тепловая электростанция мощностью 1300мВт в течение года.

Обращение с отработанным топливом

Важнейшая проблема, связанная с широким применением атомной энергии, - проблема ликвидации радиоактивных отходов атомной промышленности. Хотя отработанное топливо внешне не изменяется, оно является высокорадиоактивным и продолжает испускать тепло вследствие радиоактивного распада продуктов деления. Поэтому оно должно быть тщательно изолировано от окружающей среды и подвергнуто постоянному охлаждению.

Первым этапом обращения с отработанным топливом является его временное хранение. В настоящее время в хранилищах АЭС разного типа накопилось около 37тыс тонн отработавшего ядерного топлива, извлечённого из реакторов. В год перерабатывается 700-750тонн облучённого топлива. При переработке из него извлекается уран и плутоний с целью дальнейшего использования в качестве топлива атомных реакторов. Остальные радионуклиды – продукты деления урана и плутония – являются высокоактивными отходами, которые подлежат контролируемому хранению или захоронению.

Из доклада А. Гарапова - председателя Антиядерного общества Татарстана, на X Европейском конвенте «За ядерное разоружение» (Москва): «Атомные электростанции – это фактически фабрики по производстве радиоизотопов. Радиоактивность загруженного топлива возрастает через год эксплуатации в миллионы раз, получаются такие изотопы, как плутоний с периодом полураспада в десятки тысяч лет, стронция и цезия с периодом в десятки и сотни лет. Общеизвестно их пагубное воздействие на здоровье - приводят к раку, другим болезням, к мутациям.

Необходимы сложные дорогостоящие хранилища, рассчитанные на сотни лет (для наиболее распространённых отходов – изотопов на 600лет). Для некоторых отходов на десятки тысяч лет. Различные проекты - погружение в океан, забрасывание в Космос или на Солнце и т.п. – не выдерживают критики с экономической и технологической точек зрения. Проблема обработки, захоронения радиоактивных отходов не решена до сих пор и не ясны даже пути её принципиального решения.

Уже сейчас США, Франция, Германия и некоторые другие страны пытаются переправить свои радиоактивные отходы в страны Азии, Африки, Латинской Америки. Однако встречают активный отпор. В июне 1991 года Бельгия с большим скандалом отправила в Германию завезённые на её территорию тайно, незаконным путём отходы с немецких АЭС. Даже бедные африканские страны решительно отказываются от отходов, к примеру, Намибия в 1987году отвергла попытки ФРГ.

А как же относятся наши власти к отходам зарубежных АЭС? Успешно и планомерно превращают нашу страну в международную радиоактивную свалку. К примеру, только Челябинская область получает РАО с 15 зарубежных АЭС. Отметим, что здесь ситуация фактически уже сейчас вышла из под контроля – только в открытых водоёмах скопилось свыше 1млрд. кюри радиоактивности, что эквивалентно 20 чернобылям. Мы получаем, ко всему прочему, отходы по условиям договоров из тех стран, куда поставляем ядерное топливо, - из Англии, Франции, США.

Важно отметить и то, что часть отходов обрабатывается на радиохимических заводах, обогащается и отправляется обратно на АЭС. Обработка отработанного топлива – выделение плутония и т.д. – является очень опасным производством и порождает дополнительный объём радиоактивных отходов. Именно по этой причине США в своё время отказались от строительства подобных заводов даже для своих АЭС.

Таким образом, наше государство единственное в мире, где производят и захоронение, и обработку радиоактивных отходов зарубежных АЭС.»

Мы посетили кафедру Химии твёрдого тела Нижегородского государственного университета имени Лобачевского и пообщались с профессором, доктором химических наук А.И.Орловой, которая занимается вопросами радиоактивности и экологии. От неё мы узнали, что наша страна, действительно принимает отработанное топливо, но только от тех стран, которым оно было поставлено. Процесс подготовки ядерного топлива, как мы уже убедились, достаточно сложный и дорогостоящий процесс. Отходами же являются радионуклиды, которые можно опять использовать. Поэтому на наших перерабатывающих заводах, происходит отделение нужных для дальнейшего цикла веществ, а высокотоксичные отходы возвращаются для захоронения на территорию той страны, где была произведена энергия. Как заметила профессор Орлова, наша страна является лидером по технологии переработки радиоактивных отходов. И сейчас на кафедре Химии твёрдого тела ведутся работы, и, достаточно успешно, по нахождению способов надёжного хранения радионуклидов. Суть разработок состоит в том, что радиоактивные атомы заключаются в кристаллы, подобные природным минералам, поэтому излучения из кристаллических решёток не выходят.



Опасные радиационные объекты Нижегородской области

В нашем регионе имеется 3 опасных радиационных объекта – это, разумеется, город Саров, ОКБМ «Машиностроение» Нижнего Новгорода и пункт захоронения радиоактивных отходов спецкомбината «Радон» в Семеновском районе.

Долгое время велись споры насчет строительства АЭС в Навашинском районе Нижегородской области. Как только споры немного утихли, произошла авария в Японии, и они вспыхнули снова. Не опасно ли это для жителей не только Нижегородской области, но и всей страны, всего мира? Не ждет ли нас повторение Фукусимы? По словам специалистов, такая опасность практически равна нулю. Станция в Японии построена была в 1971 году, на ней не было защитной оболочки. Навашинская же станция, строительство которой планируют завершить к 2016 году, в 15 раз превосходит все требования международных стандартов. Даже если авария все-таки случится, что практически невозможно, зона переселения будет составлять всего 800 метров. Будем надеятся на компетентность специалистов.



Аварии на радиационно опасных объектах.

Радиационная авария на заводе «Красное Сормово» произошла на 18 января 1970 года при строительстве атомной подводной лодки К-320 проекта 670 «Скат».

При строительстве атомной подводной лодки К-320, когда она находилась на стапеле, произошёл несанкционированный запуск реактора, который проработал на запредельной мощности около 15 секунд. При этом произошло значительное радиоактивное заражение территории цеха, в котором строился корабль. В цехе находилось около 1000 рабочих. Радиоактивного заражения местности удалось избежать из-за закрытости цеха, однако был произведён сброс радиоактивной воды в Волгу.

В тот день многие ушли домой, не получив необходимой дезактивационной обработки и медицинской помощи. Шестерых пострадавших доставили в больницу в Москву, трое из них скончались через неделю с диагнозом острая лучевая болезнь, с остальных взяли подписку о неразглашении произошедшего на 25 лет. Только на следующий день рабочих начали отмывать специальными растворами.

В тот же день 450 человек, узнав о произошедшем, уволились с завода, остальным пришлось принять участие в ликвидации последствий аварии. Основные работы по ликвидации аварии продолжались до 24 апреля 1970 года. В них приняло участие более тысячи человек. За участие в ликвидации аварии никто из них правительственных наград не получил.

К январю 2005 года из более тысячи участников в живых оставалось 380 человек. Из льгот они имеют только небольшое пособие от областных властей (330 рублей в месяц до 1 января 2010 года, 750 рублей — с 1 января 2010 года). Получить более высокий статус как работники подразделения особого риска они не могут из-за отсутствия закона. Новый владелец завода «Красное Сормово» де-юре никакой ответственности за происшедшую тогда аварию не несёт.

Вот сведения ещё об одной аварии с утечкой радиации.

28июля 2011года по Нижнему со скоростью пандемии стали распространяться слухи, что на одном из секретных предприятий города произошла авария. В результате этого случился выброс радиоактивных веществ в атмосферу. « Вот и у нас произошла своя Фукусима!» – запаниковали жители домов, расположенных по соседству с ОАО «ОКБМ Африкантов». В одном из цехов ОАО «ОКБМ Африкантов» приостановлены работы. 28 июля при проверке качества сварных швов изделий в одном из производственных цехов ОАО «ОКБМ Африкантов» вышел из строя дефектоскоп». Сообщается, что радиационное обследование показало незначительное превышение гамма-фона внутри цеха. Но за его пределами радиационный фон не превышает природного уровня.
Чтобы убедиться в том, что в Нижнем не повторяется чернобыльская история, когда власти республики несколько дней умалчивали последствия катастрофы вселенского масштаба, журналисты газеты «Комсомольская правда» созвонились с заместителем начальника территориального центра мониторинга загрязнения окружающей среды по Гидрометеорологии (Росгидромет) Вероникой Максимовой.

- Сразу после того, как мы получили информацию об аварии на ОКБМ, на место выехала руководитель нашей радиометрической лаборатории, - объяснила «Комсомолке» Вероника Александровна. – С двумя дозиметрами территория предприятия была замерена по периметру в 25 точках. Замеры показали, что радиационный фон не превышает норму: от двух до 12 микрорентген в час. Так что нижегородцам и гостям города беспокоиться не о чем.

Так чем же занимается ОКБМ? ОКБМ создаст первый в мире высокотемпературный ядерный реактор на гелии.
ОАО «Опытное конструкторское бюро машиностроения им. И.И. Африкантова» (ОКБМ, принадлежит ОАО «Атом_Энергопром») планирует разработать и в 2020 г. создать опытный образец нового типа ядерного реактора, который можно будет использовать в «водородной» энергетике, сообщил журналистам директор, генеральный конструктор бюро Дмитрий Зверев.

«Сейчас в мире, например, в USA, у нас или в Корее развитие получает «водородная» энергетика. Новый реактор можно использовать для получения водорода, например, из воды. А дальше водород используется как экологически чистое топливо, в частности, в автомобильной промышленности», – сообщил он.


  1   2

  • Явление радиоактивности. Виды излучений.
  • Альфа-излучение
  • Бета-излучение
  • Дозовые характеристики ионизирующих излучений
  • Поглощённая доза D
  • H = k * D
  • Техногенно изменённый радиоактивный фон
  • Живое вещество и радиация
  • Начало атомного века Атомная энергетика и радиоактивность в биосфере
  • Опыт Резерфорда по рассеянию альфа-частиц
  • Искусственная радиоактивность
  • Открытие реакции расщепления ядер урана
  • Принцип действия ядерного реактора
  • Сравнительная оценка экологических характеристик тепловых электростанций и АЭС
  • Обращение с отработанным топливом
  • Опасные радиационные объекты Нижегородской области В нашем регионе имеется 3 опасных радиационных объекта
  • строительства АЭС в Навашинском районе Нижегородской области .
  • Аварии на радиационно опасных объектах. Радиационная авария на заводе «Красное Сормово»