4. Радиация в медицине

Ионизирующие излучения используют в медицине при диагностике болезней (рентгеновские снимки, радиоизотопная диагностика) и лечении больных (лучевая терапия). При этом происходит повышение дозовой нагрузки на организм, причем во много раз больше, чем от ядерной энергетики.

Так, при прохождении флюорографии человек получает дозу – 0,0037 Зв, рентгенографии зубов – 0,003 Зв, рентгеноскопии желудка – 0,3 Зв. При повторных процедурах, вызванных различными причинами (например, снимок не получился), дозовые нагрузки соответственно удваиваются. Это же относится к назначению радоновых ванн в санаториях и т.д.

Человек должен уметь оценивать возможные вредные явления, чтобы принимать решение о пользе и необходимости тех или иных радиологических процедур. В соответствии с П. 2 ст. 17 Закона «О радиационной безопасности населения» по требованию гражданина (пациента) ему предоставляется полная информация об ожидаемой или о получаемой им дозе облучения и о возможных последствиях при проведении медицинских рентгенорадиологических процедур.

Вот несколько практических рекомендаций человеку, столкнувшемуся с необходимостью получения доз радиации по жизненным показаниям.

1. Необходимо постараться определить правильное соотношение между пользой радио или лучевой диагностики и риском получения повышенной дозы радиации. Это особенно важно в случаях рентгеновского облучения, применяемого для массового обследования населения, когда облучению подвергается большое количество совершенно здоровых людей, чтобы случайно выявить у кого-нибудь из них нарушение здоровья.

2. Если возможно, врач должен заменить методы лучевой диагностики на более безопасные. Так, туберкулез может быть выявлен при общем обследовании путем обычной кожной пробы.

3. Не стоит соглашаться на рентгенорадиологические процедуры у детей в возрасте до 15 лет, если это не требует крайняя необходимость.

4. При любых обследованиях, связанных с применением рентгеновского излучения, всегда должно осуществляться экранирование половых органов, особенно эффективно у мужчин (например, с помощью резино-свинцового фартука), если это не влияет на качество или возможность проведения рентгеновской съемки. Пункт 1 ст. 17 Закона о РБН предусматривает при проведении медицинских рентгенорадиологических процедур использование средств защиты граждан (пациентов).

5. Если женщина в первые недели беременности получила дозу облучения при рентгенографии желудка или малого таза, возможны катастрофические последствия для ребенка. Поэтому диагностическое рентгеновское облучение женщин детородного возраста проводится во время первых 10 дней после начала менструального цикла, когда нет сомнений в отсутствии беременности – «правило десяти дней».

5. Атомная энергетика

5.1. Предприятия атомной энергетики

В основе получения атомной энергии лежат цепные реакции деления атомных ядер изотопов урана-235 и плутония-239. К основным предприятиям атомной энергетики можно отнести атомные электростанции (АЭС) и предприятия топливного цикла.

5.1.1. Атомная электростанция – электростанция, вырабатывающая электроэнергию не за счет сжигания ископаемого топлива, а за счет цепной реакции деления атомных ядер. Деление (расщепление) атомных ядер на АЭС протекает в ядерном реакторе (рис. 9), который перекрыт куполом из бетона с железным заполнителем и соединениями бора, защищающим от возникающего γ и нейтронного излучения.

Главная составная часть ядерного реактора – его активная зона с тепловыделяющими элементами (ТВЭЛами), заключающими в себе ядерное топливо (расщепляющиеся материалы), преимущественно уран-235, в котором и протекает цепная ядерная реакция.

Возникающие в процессе этой реакции быстрые нейтроны подвергаются торможению с помощью замедлителя (вода, графит, парафин и др.), т.к. медленные нейтроны способны лучше расщеплять уран-235. Управление потоком нейтронов осуществляется посредством регулирующих, обычно кадмиевых, стержней.

Рис. 9. Принципиальная схема ядерного реактора: 1 – тепловыделяющий элемент (ТВЭЛ); 2 – замедлитель нейтронов; 3 – отражатель нейтронов (реакторный контур); 4 – регулирующий стрежень; 5 – защитный экран.

Рис. 10. Схема работы АЭС

При увеличении глубины погружения регулирующих стержней в активную зону число поглощаемых нейтронов возрастает, вследствие чего цепная реакция ослабевает. При полностью погруженных в активную зону стержнях цепная реакция должна прекратиться.

Реактор начинает работать тогда, когда регулирующие стержни выдвинуты настолько, что коэффициент размножения нейтронов оказывается равным единице.

Для уменьшения утечки нейтронов и увеличения коэффициента размножения активную зону окружают отражателем нейтронов – оболочкой, отражающей нейтроны внутрь зоны.

Тепло, выделяющееся при делении ядер, воспринимается системой теплопередачи первого контура (охлаждающим веществом, как правило, является вода или газ). В теплообменнике оно передается воде второго контура, которая превращается в пар, используемый для вращения турбин и производства электроэнергии (рис. 10).

Активная зона размещается в корпусе высокого давления внутри защитной оболочки, которая должна противостоять любым нагрузкам, обусловленным высоким давлением и температурой, а также радиацией. Поскольку эксплуатационники исключают возможность разрушения корпуса высокого давления, атомные электростанции строятся без защитной оболочки (рис. 11).

Рис. 11. Первая в мире АЭС: введена в строй 27 июня 1954 г. в г. Обнинске

Тепловыделяющий элемент состоит из групп (кассет, сборок) тепловыделяющих стержней (рис. 9). Отдельные стержни имеют диаметр 1,5 см и длину 4-5 м, их главный конструкционный элемент – сердечник из расщепляющихся материалов, окруженный оболочкой из специальной высококачественной стали или сплава на основе циркония (циркалой). Расщепляющимся материалом обычно служит таблетированный диоксид урана.

Число ТВЭЛов определяет максимальную мощность реактора, и в активной зоне реактора их может находиться до 90 000. Примерно через три года в связи с выгоранием топлива (содержание урана-235 снижается с 3 до 1 %) ТВЭЛы подлежат удалению из ядерного реактора.

Ядерные реакторы различают: по энергии нейтронов, вызывающих деление ядер (на тепловых и быстрых нейтронах); по характеру распределения ядерного топлива (гомогенные и гетерогенные); по используемому замедлителю и теплоносителю (табл. 12), по назначению (энергетические и исследовательские).

Табл. 12. Классификация ядерных реакторов на тепловых нейтронах

Тип реактора	Замедлитель нейтронов	Теплоноситель	Вид реактора
Водо-водяной	вода	вода	ВВЭР
Графитоводяной	графит	вода	РБМ
Графитогазовый	графит	газ (СО2, Не)	ВТР

Преобладающими во всем мире являются водо-водяные реакторы (ВВЭР), наряду с которыми используются реакторы–размножители на быстрых нейтронах (РРБН), высокотемпературные (ВТР) и реакторы водографитовые большой мощности канальные – РБМ (только на территории бывшего СССР).

Следует отметить особенности реакторов-размножителей на быстрых нейтронах (бридеров) – это тип ядерного реактора, служащий только для получения электроэнергии, но и производства плутония.

Делящийся материал, которым может быть не только уран, но и плутоний, расщепляется посредством бомбардировки быстрыми нейтронами. Сырьем является уран-238 (можно из отработанных ТВЭЛов), но в процессе работы образуется плутоний-239 (процесс размножения), который можно использовать как радиоактивное топливо или для производства ядерного оружия. Поэтому такой реактор способен производить больше плутония, чем потребляет сам, что эквивалентно в итоге увеличению ограниченных запасов урана примерно в 60 раз. Это очень важно, поскольку плутоний в природе не встречается.

В качестве средства охлаждения (теплоносителя) используется жидкий натрий, который хорошо отводит тепло и слабо захватывает быстрые нейтроны, замедлитель нейтронов отсутствует.

Из-за повышенной аварийной опасности ядерный реактор перекрыт двойной защитной оболочкой для захвата расплавленной активной зоны реактора, в случае сверхкрупной аварии предусмотрен особый улавливатель, который должен вместить в себя и охладить расплавленное ядро реактора и приостановить цепную реакцию деления плутония.