Защ.нас-я в ЧСdoc3

Генератор

Рис. 1.21. Принцип действия реактора РМБК

В канальных реакторах значительное количество тепловой i энергии аккумулируется в графитовой кладке и металлоконст- I рукциях, что замедляет спад тепловой мощности реактора после ; срабатывания аварийной защиты. Наличие большого парового \ объема в контуре охлаждения существенно замедляет темп падения давления теплоносителя при аварийном разрыве трубопровода.

РБМК представляет собой цилиндр высотой 7 м и диаметром 14 м. Размещается он в бетонной шахте размером 21x21 м и высотой 25 м. В качестве замедлителей нейтронов используется графитовая кладка цилиндрической формы. В ней имеются вертикальные отверстия, в которые устанавливаются технологические каналы. В каждом канале размещается кассета с двумя тепловыделяющими сборками, в каждой из которых по 18 тепловыделяющих элементов (твэлов)^

90

Теплоносителем служит обессоленная вода, которая поднима-

ется снизу вверх к каждому технологическому каналу. Омывая твэлы, вода нагревается, частично испаряется. Отвод кипящей воды производится в паросепаратор, где пар отделяется от воды, очищается от радиоактивных продуктов и подается на турбину. Конденсат отработанного в турбине пара через сепаратор вновь возвращается в реактор. Температура на выходе реактора составляет примерно 280 °С.

Как видно из схемы (рис. 1.21), в состав активной зоны реактора включены также управляющие графитовые стержни. Если стержни утоплены, то реактор «заглушён», цепная реакция прекращается. Чтобы реактор начал работать, стержни надо поднимать. Для исключения случайного перегрева активной зоны существует система автоматики, которая позволяет регулировать тепловой режим реактора.

Особенностью ядерного реактора является то, что в него загружается большое количество ядерного горючего (190 тонн).

В процессе работы ядерного реактора распадающиеся радиоактивные вещества остаются в активной зоне (в твэлах). Из осколков ядерного деления (рис. 1.22) больше всего образуется изотопов с номерами от 80 до 105 (первый пик) и от 130 до 150 (второй пик). Среди них большинство с коротким периодом полураспада, но есть и относительно долгожйвущие (стронций-90, цезий-137 и некоторые другие).

Рис. 1.22. Распределение осколков деления, образующихся в реакторе на тепловых нейтронах

91

В замкнутом пространстве активной зоны непрерывно образующиеся короткоживущие изотопы одновременно и распадаются. В то же время изотопы с большим периодом полураспада накапливаются. И чем дольше «выгорает» ядерное топливо, тем в большей степени радиоактивная смесь обогащается долгоживущими радиоизотопами. Среди множества радиоактивных осколков в активной зоне образуются разнообразные изотопы йода. Особую опасность представляет утечка в окружающую среду йода-131 с периодом полураспада 8,05 суток. В начальный период аварии на ЧАЭС именно йод-131 определял радиобиологическую обстановку на территории республики. Другой изотоп йода распадается с образованием радиоактивного ксенона:

Так в реакторе происходит накопление радиоактивных благородных газов, которые при аварии первыми попадают в окружающую среду. Ксенон-135 сильно поглощает нейтроны. Активную зону рассчитывают таким образом, чтобы поглощение ксеноном компенсировалось избытком нейтронов в цепном процессе.

Но если реактор остановлен, из-за распада йода-135 ксенон продолжает накапливаться и его может оказаться так много, что снова запустить реактор становится затруднительно (нужно ждать 2 - 3 суток пока основная масса ксенона распадется).

Как уже ранее упоминалось, уран-238, поглощая быстрые нейтроны, образует «долгоживущий» плутоний-239 по схеме:

уран-238 + нейтрон уран-239 (Т = 23 мин) ->

ч

нептуний-239 (Т = 2 суток) плутоний-239 (Т = 24000 лет)

Являясь альфа-излучателем и выпадая вблизи АЭС (в случае аварии) в виде мелких частиц, плутоний-239 представляет особую опасность для человека, попадая в организм человека вместе с пищей, водой и воздухом.

Ядерные боеприпасы как источники радиационной опасности

Особую радиационную опасность представляют различные виды ядерного оружия при их применении или при несанкционированных взрывах. К этому оружию относят: атомные, термоядерные, нейтронные боеприпасы и радиологическое оружие.

92

Принцип действия ядерных боеприпасов основан на использовании внутриядерной энергии, выделяющейся при цепных реакциях деления тяжелых ядер некоторых изотопов урана и плутония или при термоядерных реакциях синтеза легких ядер - дейтерия и трития - в более тяжелые.

При рассмотрении реакции деления тяжелых ядер урана отмечалось, что для развития ценной реакции деления должна быть критическая масса, чтобы коэффициент развития реакции был больше 1. Критическая масса урана-235 составляет 48 кг (шар диаметром 17 см). До боевого использования ядерного боеприпаса его масса должна быть докритической. Для достижения критической массы применяют различные способы, в частности можно увеличить плотность ядерного вещества (боеприпасы имплозивного типа, рис. 1.23). Достичь критической массы можно и за счет мгновенного соединения двух докритических масс (рис. 1.24) в боеприпасах «пушечного типа».

6

Для обеспечения цепной реакции деления дополнительно Устанавливают отражатели нейтронов, применяют другие способы, чтобы обеспечить участие максимального количества ядер в Цепной реакции деления. На практике в цепную реакцию вступает только около 1 кг ядерного взрывчатого вещества (урана-235 или илутония-239), при этом выделяется эквивалентная энергия взрыва примерно 20 ООО тонн тротила. Остальная часть ядерного

93

взрывчатого вещества вступить в реакцию не успевает и рассеивается в окружающем пространстве энергией взрыва.

Мощность зарядов, в которых используются реакции деления тяжелых ядер, ограничена и не превышает 100 ООО тонн тротила. Поэтому для получения боеприпасов большей мощности используют реакции синтеза легких ядер дейтерия или трития. Реакция синтеза происходит по следующей формуле:

Эта реакция возможна только при температуре в десятки и сотни миллионов градусов. Такая температура необходима лишь для начала синтеза, а затем он поддерживается за счет собственной энергии. Такую температуру можно получить только при взрыве ядерного боеприпаса, который фактически становится детонатором взрыва и используется в термоядерном боеприпасе. Оценка энергетического эффекта термоядерной реакции показывает, что при синтезе 1 кг гелия выделяется в 5 раз больше энергии, чем при делении 1 кг урана-235. А главное, можно изготовить термоядерный боеприпас любой мощности.

На практике в качестве термоядерного горючего используют дейтерид лития. В результате его облучения нейтронами образуется тритий, который вступает в реакцию с дейтерием и при этом выделяется основное количество энергии. Реакция происходит по схеме

Применение дейтерида лития позволяет избавиться от дорогостоящего радиоактивного трития. Принципиальная схема термоядерного боеприпаса (водородной бомбы) приведена на рис. 1.25.

2

типа «деление-синтез»

1 - ядерный детонатор (заряд деления); 2 - заряд для реакции синтеза (дейтерид лития); 3 — корпус

94

Примечание. Если корпус водородной бомбы изготовить из урана-238, то быстрые нейтроны, которые образуются в термоядерном боеприпасе, при взрыве способны вызвать деление и урана-238. В результате выполняются три фазы: «деление - синтез - деление», и мощность такого боеприпаса еще больше возрастает.

Проникающая радиация представляет собой поток нейтронов и гамма-лучей в момент взрыва. Они обладают значительной проникающей способностью и распространяются в воздушном пространстве во все стороны на расстояние до 2,5-3 км. Время их действия исчисляется секундами. Нейтроны, облучая поверхность земли, вызывают наведенную радиоактивность, которая на несколько часов становится дополнительным источником облучения людей и биологического мира. Облучение нейтронами представляет особую опасность для жизни и здоровья человека. Учитывая особую поражающую способность нейтронного излучения, ученые смогли создать специальные нейтронные боеприпа- сы, основным поражающим действием которых является проникающая радиация.

Нейтронный боеприпас представляет собой малогабаритный термоядерный заряд мощностью не более 10 ООО тонн тротила, у которого основная доля энергии выделяется за счет реакций синтеза ядер дейтерия и трития, а количество энергии, получаемой в результате деления тяжелых ядер в детонаторе, минимально, но достаточно для начала реакции синтеза. Нейтронная составляющая такого малого по мощности ядерного взрыва в 5-10 раз больше, чем заряда деления той же мощности. Нейтроны обладают способностью проникать даже через броню танков и поражать людей. Время действия нейтронов несколько минут. Схема устройства нейтронного боеприпаса показана на рис. 1.26.

Кроме проникающей радиации при ядерном взрыве происходит и радиоактивное заражение местности. Источниками радиоактивного заражения являются: осколки деления атомов ядерного горючего, наведенная радиоактивность, не разделившаяся часть ядерного горючего.

Осколки деления ядер урана или плутония - это от 200 до 300 изотопов 36 химических элементов, периоды полураспада которых составляют от долей секунды до многих десятков и сотен лет.

Наведенная радиоактивность возникает в грунте под воздействием нейтронов проникающей радиации.

Не разделившаяся часть ядерного горючего представляет собой атомы урана-233, 235, 238 и плутония-239.

95

Рис. 1.26. Схема устройства нейтронного боеприпаса «пушечного типа»

Справка. При подрыве на высоте 120-180 м нейтронного боеприпаса мощностью 1 кт немедленная смерть наступает в зоне радиусом 130 м, а лучевая болезнь со смертельным исходом наблюдается на открытой местности на удалении до 1600 м.

Радиоактивное заражение местности возникает после выпадения из облака взрыва осколков деления на поверхность и не разделившейся части ядерного горючего. Основной вклад в радиоактивное заражение местности вносят осколки деления ядерного горючего и наведенная радиоактивность. Не разделившаяся часть ядерного горючего выпадает в основном в районе взрыва.

Таким образом, при взрыве ядерного боеприпаса уровень радиоактивного заражения местности, особенно в районе взрыва, очень высокий. Он определяется короткоживущими радиоизотопами ^быстро спадает по закону Вэя-Вигнера. При воздушном взрыве время спада радиоактивного заражения до безопасного уровня составляет несколько суток, а при наземном взрыве - до Tpiex месяцев. При аварии на АЭС степень радиоактивного заражения будет меньше, но спад радиации через три месяца после аварии происходит крайне медленно. Это вызвано наличием большего количества радионуклидов цезия-137 и стронция-90, чем при ядерном взрыве. Кроме того, их опасность определяется и тем, что периоды полураспада соизмеримы со сроком жизни человека, а их проникновение в организм человека часто стимулируется дефицитом микроэлементов калия и кальция.

96

Вопросы для самоконтроля

1.Дайте краткую характеристику космогенных радионуклидов.

2.Радон, степень его опасности для здоровья человека.

3.Калий-40, степень его опасности для Здоровья человека.

4.Приведите примеры использования радионуклидов в народном хозяйстве.

5.В чем заключается принцип работы ядерного реактора и АЭС?

6.Охарактеризуйте принцип действия ядерного боеприпаса имплозивного типа.

7.В чем заключается принцип действия ядерного боеприпаса «пушечного» типа?

8.Принцип действия нейтронного боеприпаса.

97

Глава 2

ОСНОВЫ РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ

Под радиационной безопасностью понимают такой: уровень опасности для здоровья человека при его облучении ионизирующими излучениями, с которым можно смириться. Чтобы выработать критерии радиационной безопасности и определить мероприятия по противорадиационной защите, необходимо изучить и оценить возможные последствия радиационного облучения человека.

2.1. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Знание механизма воздействия радиации на человека, возможностей органов и систем человека противостоять радиации позволяет принять дополнительные меры по выживанию в условиях радиоактивного загрязнения среды.

Известно, что тело человека состоит из: воды примерно на 6 5 % , белков, человеческих клеток на 18-20 %, жиров на 8-10 %, углеводов на 5 % , других органических и неорганических веществ на 2 % . Если не учитывать воду и ее исключить, то белки и клетки составят 57,5 %, липиды - 42,7% .

Воздействие радиации происходит как на молекулярном уровне, так и на уровне клеток, органов и систем человека.

98

2.1.1. Воздействие энергии ионизирующих излучений на биологическую ткань

Облучение биологической ткани ионизирующими излучениями схематично можно выразить следующим образом:

-физический этап (поглощение энергии);

-физико-химический этап (возбуждение атомов или их ионизация);

-химический этап (образование свободных радикалов);

-биомолекулярные повреждения (изменения структуры молекул белков, нуклеиновых кислот);

-биологические и физиологические изменения в организме (см. рис. 2.1).

Рис. 2.1. Основные этапы воздействия радиации на биологическую ткань

Вслед за поглощением энергии ионизирующего излучения, сопровождаемым физическими изменениями структуры атомов и молекул клеток, происходят процессы химичес- кого и биологического характера, которые закономерно приводят к нарушению жизненно важных функций биологических молекул в клетке.

Эффекты воздействия ионизирующего излучения могут Длиться от долей секунды до столетий (таблица 2.1).

99