33. Искусственные источники ионизирующих излучений.

Образуются в результате деят-ти чела по использованию атомной энергии, испытаний, применения ядерного оружия, ядерного синтеза.

При ядерных взрывах осуществляется реакция деления ядер тяжелых элементов (²³⁵U, ²³⁹Pu, ²³³U, ²³⁸U), из-за воздействия на них нейтронов.

Механизм реакции: нейтрон попадает в ядро расщепляющегося элемента, приводит к образованию сильно возбужденного ядра. Нуклоны из-за нарушения ядерного сцепления под действием сил отталкивания расходятся к противоположным полюсам, ядро деформируется, принимает удлиненную форму. В центральной части ядра образуется перетяжка, ядерные силы уже не могут противостоять действию сил отталкивания между пртонами, и ядро расщепляется на два или три асимметричных ядра — осколка. Во время каждого акта деления освобождается энергия 200 МэВ и вылетают 2свободных нейтрона. Если нейтроны на своем пути встретят другие тяжелые ядра, способные к делению, то возникает цепной процесс деления.

Процесс деления может быть самоподдерживающимся, регулируемым, с непрерывным выделением определенного количества энергии. Это осуществлено в ядерных реакторах, в которых плотность нейтронного потока регулируется особыми стержнями — поглотителями нейтронов.

При ядерных взрывах образуется около 250 изотопов 35 элементов (из них 225 радиоактивных) как непосредственных осколков деления ядер тяжелых элементов (²³⁵U, ²³⁹Pu, ²³³U, ²³⁸U), так и продуктов их распада.

Количество радиоактивных продуктов деления (РПД) возрастает соответственно мощности ядерного заряда. Часть образовавшихся РПД распадается в ближайшие секунды после взрыва, другая часть имеет период полураспада порядка нескольких часов. Другие радионуклиды ( ⁸⁶Rb, ⁸⁹Sr, ⁹⁵Сd, ¹²⁵Sn, ¹²⁵Te, ¹³¹I, ¹³⁶Сs, ¹⁴⁰Bа) обладают периодом полураспада в несколько дней, а ⁹⁰Sr, ¹⁰⁶Ru, ¹²⁵Sb, ¹³⁷Сs, ¹⁴⁷Pm— от года до нескольких лет. ⁸⁷Rb, ⁹³Zг, ¹²⁹I, ¹³⁵Сs, ¹⁴⁴Nd- медленный распад до миллионов лет.

Большинство образующихся радионуклидов является бета- и гамма-излучателями (¹³¹I, ¹³⁷Сs, ¹⁴⁰Ва), остальные испускают или только бета(⁹⁰Sr, ¹³⁵Cs), или только альфа-частицы (¹⁴⁴Nd, ¹⁴⁷Sm).

Дополнительный источник радиоактивного загрязнения местности в районе взрыва служит наведенная радиоактивность-из-за воздействия потока нейтронов, образующихся при цепной реакции деления ура­на или плутония, на ядра атомов различных веществ окру­жающей среды (реакция активации). Захват нейтронов яд­рами хим элементов приводит к появлению радиоизотопов (продуктов активации) в атмосферном возду­хе (¹⁴C, ³H, ³⁹Аr), воде (²⁴Nа, ^31,32 Р, ^53,54 Мn, ³⁵S, ⁶⁵Zn), почве (⁴⁵Cа, ²⁴Nа, ²⁷Мg, ²⁹Аl, ³¹Si ), в материалах соору­ жений. Бóльшая часть их распадается с испусканием ­бета-частиц и гамма­-излучения с малым перио­дом полураспада.

Суммарная активность остатков ядерного заряда и радио­ нуклидов, образовавшихся в результате реакции активации, намного меньше общей активности радиоактивных продук­ тов деления. Последние являются основным источником ра­ диоактивного загрязнения внешней среды.

Из большого числа ядерных осколков и их дочерних про­дуктов интерес для радиобиологии представляют 10 радионуклидов: ^89,90 Sr, ⁹⁵Zn, ⁹⁵Nb, ^{103, 106} Ru, ¹³¹I, ¹³⁷Cs, ¹⁴⁰Ba, ¹⁴⁴Cе. Из них только два (103Ru и 106Ru) относятся к непосредственным осколкам деления, а остальные восемь представляют со­бой продукт второго-­четвертого актов бета-­распада ядер­-осколков.

В первые месяцы после ядерного взрыва опасность в сме­си осколков деления представляют ¹³¹I, ¹⁴⁰Ва и ⁸⁹Sr, а в по­ следующем — ⁹⁰Sr и ¹³⁷Сs. Средняя энергия осколков деления в возрасте 10 дней — 2 лет = 0,7 МэВ по гамма­излучению и 0,3 МэВ по ­бета-излучению.

Радиоактивные нуклиды составляют смесь продуктов деления, скорость распада которых неодинаковая. Активность продуктов атомного взрыва особенно быстро снижается в первые часы и сутки.

В начальный момент времени радиоактивность продуктов ядерного деления быстро падает, поскольку интенсивно распадаются короткоживущие радионуклиды. Наряду с радиоактивными продуктами деления возникает определенное количество радиоактивных продуктов нейтронной активации, состав которых зависит от материалов, подвергшихся активации. Наибольшую долю в суммарной радиоактивности продуктов нейтронной активации в первые часы составляет ²⁸Аl (t _1/2 — 2,3 мин), до 20 ч ²⁴Na и ⁵⁶Mn (t _1/2 соответственно 14 и 2,6 часа), а также ⁵⁹Fe и ⁶⁰Со. Испытания ядерного и термоядерного оружия показали, что радионуклиды конденсируются на веществах, вовлеченных в сферу взрыва. Эти радиоактивные вещества в виде частиц разной дисперсности (от 1 см до долей микрона) выпадают на следе от радиоактивного взрыва. По мере удаления радиоактивного облака от места взрыва размеры выпадающих частиц уменьшаются, а также меняется биологическая доступность радионуклидов.

При термоядерных взрывах в момент реакции синтеза (слияние ядер легких элементов — дейтерия и трития и образование более тяжелого ядра — гелия, происходящее при десятках миллионов градусов) возникает интенсивный поток нейтронов, вызывающий образование значительного количества продуктов активации (наведенной радиоактивности).

Ядерные устройства, основанные на принципе деление — синтез — деление, загрязняют окружающую среду радиоактивными осколками деления ²³⁸U и ²³⁹Pw, тритием и радиоуглеродом. На 1 мегатонну ядерного взрыва образуется 7,4 кг ¹⁴C, что количественно в среднем равняется образованию этого изотопа в атмосфере под действием космических лучей в течение года.

Загрязнение местности зависит от характера ядерного взрыва (наземный, воздушный), калибра ядерного устройства, атмосферных условий (скорость ветра, влажность, выпадение осадков, распределение температуры по высоте, которое влияет на перемещение масс воздуха), географических зон и широт.

Наземные взрывы создают сильное загрязнение РПД в районе взрыва, на прилегающей территории, над которой проходило радиоактивное облако.

При воздушном взрыве не происходит значительного локального загрязнения местности РПД, тк они распыляются на очень большой площади. Однако под влиянием атмосферных осадков, выпавших в момент прохождения радиоактивного облака, может повыситься загрязнение в том или ином районе.

Средние и малые взрывы до нескольких килотонн тротилового эквивалента загрязняют в основном тропосферу (до высоты 18 км). Крупные взрывы в несколько мегатонн загрязняют стратосферу (до высоты 80 км). Благодаря наличию воздушных течений частицы РПД способны совершать очень большой путь, вплоть до нескольких оборотов вокруг земного шара, поэтому радиоактивное загрязнение может возникнуть в любой точке земного шара-> глобальное загрязнение.

При взрывах зарядов большой мощности продукты взрывов распределяются: при взрыве на большой высоте 99% их задерживается в стратосфере, локальных загрязнений нет; при наземном взрыве 20% из них попадает в стратосферу, а 80% выпадает в районе взрыва; при взрывах у поверхности моря 30% остается в стратосфере, а 70% выпадает локально.

Скорость выпадения радиоактивных осадков зависит от времени года и широты местности: она больше в Северном полушарии, чем в Южном. РПД могут находиться в тропосфере около 2-3 мес, в стратосфере — 3-9 лет. При воздушных взрывах на землю в основном выпадают только долгоживущие радиоактивные продукты, так как короткоживущие изотопы распадаются, находясь в стратосфере.

В стратосфере осаждаются 10% ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs.

В связи с широким использованием атомной энергии в мирных целях все большее значение приобретают радиоактивные отходы промышленных предприятий и установок (атомных электростанций, предприятий по переработке ядерного материала, реакторов), лабораторий и научно-исследовательских институтов, работающих с РВ высокой активности.

Искусственные радионуклиды получают и используют в таких количествах, что возникающее при этом излучение имеет интенсивность, в миллионы раз превосходящую интенсивность естественных источников излучения.

Искусственные радионуклиды по различным причинам попадают в окружающую среду, повышая тем самым радиационный фон; они включаются в биологические системы и поступают в организм животных и человека. Все это создает опасность для нормальной жизнедеятельности животного организма.

Особого внимания в связи с этим заслуживает деятельность АЭС, поскольку в процессе их работы и деятельности предприятий по переработке ядерного топлива образуется большое количество опасных радионуклидов. Человек сталкивается также с искусственными источниками радиации, не связанными с загрязнением внешней среды. К ним относятся рентгеновские установки, ускорители элементарных частиц, закрытые источники радиоактивных изотопов, использующиеся в медицине, промышленности и научно-исследовательской работе.