1. 238U (период полураспада 4,47109 лет),

2. 232Тh ( период полураспада 1, 411010 лет ),

3. 235U (период полураспада 7,04108лет).

Уран и торий широко распространены в природе. Так породы земной коры содержат в среднем уран в количестве 2.5-3 г/т (в почве порядка 30 Бк/кг), торий - 10-13 г/т (в почве порядка 20 Бк/кг). ²²⁶Ra в почве до 100 Бк/кг.

Вне семейств ⁴⁰К (T_1/2 = 1,2810⁹ лет) в естественной смеси ⁴⁰К - 0.0117%

В горных породах калия - 15-25 г/т, в организме человека - 0,2% от общего веса.

В почве ⁴⁰К порядка 300 Бк/кг

Задача. Оценить равновесную активность ²²²Rn в земной коре и атмосфере.

А= l плотность²³⁸U = l ²²²Rn = 0.1 Бк

Плотность ядер радона в почве n_Rn = A/l = 4,610⁴ ядер/см³

Поток ядер из почвы в атмосферу w = n_RnL/2, где L – длина диффузии радона в почве, определяемая диффузионным сопротивлением и l . Пусть L =10 см

w = 210⁵ ядер/см²с

Поток активности a = lw = 0.04 Бк/см²с

Пусть радон сосредоточен в слое высотой h = 10⁵cм

В объём 10⁵ см³ поступает w = 210⁵ ядер/с и столько же распадается

Плотность ядер n = 2 ядер/см³

Удельная активность q = ln = 410^-6 Бк/см³ = 4 Бк/м³

Оценка с точностью 1-2 порядков.

Задача Объём мирового океана 1,310⁹ км³, содержание урана[UO₂(CO₃)₃] – 310^-9 г/г, калия – З.810^-4. Оценить активность урана, продуктов его распада и калия в океане

^U238T_1/2 - 4,510⁹л,

q_u = 510¹¹ Бк/км³ Q = 710²⁰ Бк

^K40T_1/2 = 1,310⁹ л , содержание ⁴⁰K в естественной смеси – 1.210^-4

q_K40 = 10¹³ Бк/км³

Q = 10²² Бк

Космическое излучение

Первичное: протоны - 80% и почти 20% a-частиц с малой примесью более тяжёлых ядер.

Вторичное: электроны, фотоны, нейтроны.

Интенсивность зависит от широты (у экватора примерно в 2 раза ниже, чем в северных районах) и высоты (на 6 км в 10 раз возрастает)

Космогенные радионуклиды.

¹⁴N + n Þ ³H + ¹²C

¹⁴N + nÞ ¹H + ¹⁴C

³H º T (T_1/2 = 12,3 г, E_bmax = 0,019 МэВ) До ядерных взрывов содержание трития в естественной смеси – 10^-18 г/г (вода)

¹⁴С ( T_1/2 = 5.710⁴л E_bmax = (0, 157 МэВ)

Скорость образования в атмосфере -3,410²⁶ ат/год Изотопная доля – 1,810^-12 До 1850 г - 0,23 Бк/г

Дозы облучения за счет естественной радиоактивности.

Доза излучения (поглощённая доза) – энергия ионизирующего излучения, поглощённая облучаемым объектом и рассчитанная на единицу массы этого объекта.  измеряется в греях (Гр). 1 Гр равен энергии в 1 Дж, поглощённой массой в 1 кг.

Эффективная доза используется в радиационной защите для оценки риска возникновения стохастических эффектов облучения всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности. Она представляет сумму произведений эквивалентной дозы в органах и тканях на соответствующие взвешивающие коэффициенты. Единица эффективной дозы —зиверт(Зв).

Для гамма-излучения численное значение дозы в зивертах равно дозе в греях.

Индивидуальные фоновые дозы находятся в интервале 1 – 5 мЗв в год, хотя в редких случаях могут значительно превосходить 5 мЗв.

Предельно допустимая индивидуальнаядоза облучения (сверх фоновой), установленная для населения, равна 1 мЗв/год..

]Задача Оценить дополнительную мощность дозы за счет ⁴⁰Kпри тесных объятиях супругов во время сна.

Исходные данные:

• Доля калия в теле человека m– 210^-3 г/г ,

• концентрация ⁴⁰Kв естественной смеси⁴⁰с_К– 1.210^-4,

• T_1/2– 1.2610⁹л,

• E_g – 1.46 МэВ,

• Выход гамма- квантов на распад e– 11%,

• массовый коэффициент поглощения гамма квантов с энергией 1.46 Мэв в ткани m– 0.05 см²/г

Расчетная модель – две протяженные по yиzпластины толщиной поx= 30 г/см²

Плотность объёмного источника

q= (610²³/А)mrс_К⁴⁰e0.69/T_1/2=

=(610 ²³ /410¹)*210^-31 *1,210^-4*1,110^-10.69/1,2610⁹3,1710⁷= 610^-3

Плотность потока гамма- квантов на поверхности пластины

j_g =q/ 2m= 0,12g/см²с

Предполагая, что гамма-кванты полностью поглощаются в теле на пути lв массеl*r

dD/dt=j_gE_g/l*r= 1,210^-11,4*1,610^-13/310^-2= 0,910^-12Гр/с

Þ0,910^-12*3,1710⁷*10³*7/24 = 0,08 мЗв

Техногенные источники ядерных излучений.

Техногенный измененный фон от естественных радионуклидов:

• пребывания в помещениях из стройматериалов минерального происхождения;

• использования минеральных удобрений, содержащих повышенное количество радионуклидов уранового и ториевого рядов и ⁴⁰К,

• сжигания ископаемого топлива (угля и др. ), которые содержат радионуклиды,

• применения радионуклидов в научных исследованиях и технике.

пребывание человека в помещениях, построенных из стройматериалов минерального происхождения приводит к дополнительной эффективной дозе облучения примерно 1 мЗв/год. Остальные много меньше от угольных станций 2 мкЗв/год)

Лучевая и радинуклидная диагностика.. В Российской Федерации 2/3 медицинского облучения приходится на рентгенодиагностические исследования и почти треть на профилактическую флюорографию. Средняя эффективная доза облучения всего тела за счет этих процедур около 1,5 мЗв/год.

Производство энергии. Неаварийная ядерная энергетика

Ядерный топливный цикл

Средняя концентрация урана в руде – 0.2%.

В открытом топливном циклеплутоний и трасплутониевые элементы направляются на захоронение.

В закрытом топливном цикле выделенное топливо используется повторно для изготовления твэлов

Л8 14 05 12

Радиоактивные загрязнения предприятиями атомной энергетики.

Работающая АЭС.

Источники радиоактивности в теплоносителе и далее в окружающую среду:

• выход продуктов деления в теплоноситель через микродефекты в твэлах;

• активация продуктов коррозии.

Задача. Определить активность A и массу M радионуклидов ¹³¹I, ⁹⁰Sr,

после T = 1 года работы реактора с W_эл = 1000 МВт

Принять x_I = 2,9% , x_Sr =5,9% T_1/2 (¹³¹I) = 8 суток, T_1/2 (⁹⁰Sr) = 28.6 лет

[A] – активность Бк, [W] мощность – дел/с , [N] – число активных ядер.

А = dN/dt = -lN + xW;

¹³¹I: T_1/2 << T, A = М =

⁹⁰Sr: T_1/2 >> T, A = M =

На предприятиях атомной отрасли РФ ежегодно образуется около 5 млн м³ ЖРО

и 1 млн т ТРО с активностью 310¹⁸ и 910¹⁶ Бк соответственно. Общая активность

отходов в мире порядка 10²⁰ Бк/год и будет нарастать пропорционально t^0.8.

Суммарная активность калия и урана в океане 2,210²² Бк

Способ обращения с отходами:

• Отработанное топливо либо хранится «вечно», либо перерабатывается;

• ЖРО либо сбрасываются в окружающую среду, либо концентрируются

и захораниваются в бункерах и горных выработках

Урановые рудники и гидрометаллургические заводы по обогащению урановой руды.

Источник – отходы переработки урановой руды - ЖРО и ТРО Дозы пренебрежимы

Предприятия по изготовлению и обогащению топлива. Дозы пренебрежимы

Радиохимические заводы по переработке облученного топлива.

Переработка 1 т отработанного топлива даёт 4.5 м³ высокоактивных отходов, 150 м³ средней активности и 2000 м³ – низкой. В настоящее время индивидуальная доза от выбросов около 1 мкЗв/год для населения прилегающего региона.

Источники поступления изотопов плутония в биосферу, Бк

нуклид	Ядерные взрывы в атмосфере(до 1979г.)	Работа АЭс(на 1ГВт(эл.) в год)	Выброшено при аварии на ЧАЭС
Pu238	3.3*1014	1*107	3.0*1013
Pu239	7.4*1015	-	2.6*1013
Pu240	5.2*1015	-	3.7*1013
Pu241	1.7*1017	2*108	5.5*1015
Pu242	1.6*1013	-	7.4*1010

На первом этапе военных программ отходы сливались в в водоёмы и реки.

Уровни загрязнения почвы за счёт деятельности АЭС не отличаются от загрязнений от глобальных выпадений

Пример комбината «Маяк»

Озеро Карачай начиная с 1951 года является хранилищем среднеактивных отходов.. Общий запас радионуклидов на 1981 г. - 4,510¹⁸ Бк в том числе:

¹³⁷Cs 2.310¹⁸ Бк,

⁹⁰Sr и ⁹⁰Yt 1,510¹⁸ Бк

²³⁹Pu - 10¹⁶ Бк