Раздел 1 радиационная опасность при добыче и переработке урановых руд

1. Радиационно-опасные факторы на предприятиях по добыче и пеработке

урановых руд

Процессы разведки, добычи и переработки радиоактивных руд сопровождаются воздействием иони­зирующих излучений на организм горнорабочих и работников гидрометаллургических заводов. При этом постоянно наблюдается как внутреннее, так и внешнее облучение персонала. Внутреннее облучение обусловлено ингаляционным поступлением в организм персонала радиоактивных изотопов, содержащихся в рудничной атмосфере, а внешнее γ- иβ-излучением руд и пород. Радиоактивные изотопы, присутствую­щие в рудничной атмосфере, могут быть в газообразном состоянии и входить в состав аэрозолей рудничной пыли.

Эта радиационная опасность на уранодобывающих и перерабатывающих предприятиях, а особенно в горных выработках, связана с присутствием в рудах и горных породах урана и тория, являющихся родоначальниками естественных радиоактивных семейств.

В общем в биосфере земли содержится более 60 естественных радионуклидов, которые формируют природный радиационный фон и которые можно разделить на 2 категории:

-первичные (формирующие террагенную составляющую природного фона);

-космогенные (образующиеся в основном в атмосфере в результате взаимодействия протонов и нейтронов с ядрами N, OиArи к которым относится 14 радионуклидов:³H,¹⁴C,⁷Be,²²Naи другие. Эти радионуклиды затем поступают на земную поверхность с атмосферными осадками).

Первичные радионуклиды в свою очередь можно также разделить на две группы:

-радионуклиды, входящие в состав природных радиоактивных семейств (рядов);

-радионуклиды, находящиеся вне этих радиоактивных рядов.

Во вторую группу входит 11 долгоживущих радионуклидов с периодом полураспада от 10⁷до 10¹⁵лет (⁴⁰K,⁸⁷Rb,⁹⁰V,¹¹⁵In,.¹²³Te,¹³⁵La,¹⁴²Ce,¹⁴⁴Nd,¹⁴⁷Sn,¹⁵²Gd,¹⁷⁰Lu).

Природными радиоактивными семействами являются семейства урана-радия, тория и актиния. Их существование в природе обусловлено тем, что периоды полураспада материнских изотопов этих семейств соизмеримы с возрастом Земли.

Родоначальником семейства урана-радия является U-238 с Т_1/24,47∙10⁹лет. В состав семейства входит 17 изотопов. В процессе радиоактивного распада образуется один газообразный радионуклидRn-222. Массовые числа всех членов этого семейства можно представить в виде соотношения 4n+2 (где n – целое число).Распад семейства заканчивается стабильным химическим элементом Pb-206 Схема распада этого семейства показана на рис.1.1.

Рис.1.1– Схема распада ряда урана–радия

Материнским радионуклидом семейства тория является Th-232 с Т_1/21,4∙10¹⁰лет. В состав семейства входит 12 изотопов. В процессе радиоактивного распада образуется один газообразный радионуклидRn-220, который обычно называют тороном (по названию исходного материнского радионуклида). Массовые числа всех членов этого семейства можно представить в виде соотношения 4n (где n – целое число).Распад семейства заканчивается стабильным химическим элементом Pb-208.

Материнским радионуклидом семейства актиния (актиноурана) является U-235 с Т_1/26,85∙10⁸лет. В состав семейства входит 10 изотопов. В процессе радиоактивного распада образуется один газообразный радионуклидRn-218, который обычно называют актиноном. Массовые числа всех членов этого семейства можно представить в виде соотношения 4n+3 (где n – целое число).Распад семейства заканчивается стабильным химическим элементом Pb-207.

Характеристика радионуклидов, входящих в первые два семейства представлена в таблицах 1.1 и 1.2.

Как видно, из табл.1,1 и 1.2 можно сделать следующие выводы:

1) самопроизвольный распад радионуклидов сопровож­дается испусканием либо α-, либоβ-частиц. При некоторых пре­вращениях корпускулярному излучению сопутствует электромаг­нитноеγ-излучение. 2) радиоактивный распад приводит к образованию другого эле­мента, который в зависимости от типа распада материнского эле­мента расположен в таблице Менделеева либо на две клетки левее (α-распад), либо на одну клетку правее (β-распад). После­довательное превращение элементов образует так называемую радиоактивную цепочку, которая для естественного радиоактивного семейства заканчивается стабильным изото­пом свинца.

3) члены радиоактивных семейств жестко связаны между собой. Каждое звено радиоактивного ряда образуется со скоростью, определяемой периодом полураспада предыдущего нуклида, а распадается в соответствии с собственным периодом полураспада. Таким образом, через некоторое время в цепочках распада устанавливается

Таблица 1.1 Характеристика нуклидов семейства ²³⁸U

Нуклиды и цепочки распада	Истореское название	Т1/2	Энергия излучения, МэВ
			α	β			γ
92238U ↓α 90234Th ↓β 91234mPa ↓ β 92234U ↓α 90230Th ↓α 88226Ra ↓α 86222Rn ↓α 84218Ро ↓α 82214Pb ↓ β 83214Bi | | ↓ |α 84214Ро| | |↓ 81210Tl | ↓ β |α ↓ 82210Pb ↓ β 83210Bi| ↓ |α 84210Ро| | |↓ 81206Tl|α ↓ β | ↓ 82206Pb	Уран I Уран Х1 Уран Х2 Уран I I Ионий Радий Радон Радий А Радий В Радий С Радий С/ Радий С// Радий D Радий Е Радий F Радий Е// Радий G	4,47∙109лет 24,1 сут !,17 мин 2,45∙105лет 7,7∙104лет 1600 лет 3,823 сут 3,05 мин 28,6 мин 19,9 мин 0,164 мксек 1,3 мин 22,3 года 5,01 сут 138,4 сут 4,19 мин стабильный	4,15(25%) 4,20(75%) - - 4,72(28%) 4,77(72%) 4,62(24%) 4,68(76%) 4,60(5%) 4,78(95%) 5,49(100%) 6,00(100%) - 5,45(0,012%) 5,51(0,008%) 7,69(100%) - 3,72(0,0002%) 4,65(0,00007%) 5,305(100%) -		- 0,103(21%) 0,193(79%) 2,29(98%) - - - - 0,33(0,019%) 0.65(50%) 0.71(40%) 0,98(6%) 1,00(23%) 1,51(40%) - 1,3(25%) 1,9(56%) 2,3(19%) 0,016(85%) 0061(16%) 1,61(100) - 1,571(100%)	- 0,063(3,5%) 0,093(4%) 0,765(0,30%) 1,001(0,60%) 0.053(0,2%) 0,068(0,6%) 0,142(0,07%) 0,186(4%) 0,51(0,07%) - 0,295(19%) 0,325(36%) 0,609(47%) 1,120(17%) 0,799(0,014%) 0,296(80%) 0,795(100%) 1,32(21%) 0,047(4%) - 0,803(),0011%) -

Таблица 1.2Характеристика нуклидов семейства ²³²Th

Нуклиды и цепочки распада	Историческое название	Т1/2	Энергия излучения, МэВ
			α	β			γ
90 232Th ↓α 88228 Ra ↓ β 89228Ac ↓ β 90228Th ↓α 88224Ra ↓α 86220Rn ↓α 84216Po ↓α 82212Рb ↓ β 83212Bi | ↓ β | |α 84212Po| | | | | ↓ 81208Tl|α ↓ β ↓ 82208Pb	Торий Мезоторий I Мезоторий II Радиоторий Торий Торон Торий А Торий В Торий С Торий С/ Торий С// Торий D	4,41∙1010лет 5,8 года 6,13 часа 1,91 года 3,66 сут 55,6 сек 0,15 сек 10,64 часа 60,6 мин 304 мсек 3,1 мин стабильный	3,95(14%) - - 5,34(28%) 5,43(72%) 5,45(6%) 5,68(94%) 6,29(100%) 6,78(100%) - 6,05(25%) 6,09(10%) 8,78(100%) -		- 0,055(10%) 1,18(35%) 1,75(12%) 2,09(12%) - - - - 0,346(81%) 0,586(14%) 1,55(5%) 2,26(55%) - 1,28(25%) 1,52(21%) 1,80(50%)	- - 0,34(15%) 0,908(25%) 0,96(20%) 0,084(1,6%) 0,214(0,3%) 0,241(3,7%) 0,55(0,07%) - 0,239(47%) 0,300(3,2%) 0,040(2%) 0,627(7%) 1,620(1,8%) - 0,511(23%) 0,588(86%) 0,860(12%)

равновесие, то есть сколько дочерних элементов распадается, столько же и рождается в соответствии с периодами полураспада материнских нуклидов.

4) единственным газообразным продуктом, который рождается в процессе распада трех семейств, является радон. Наибольший вклад в газовую составляющую природных радиоактивных семейств вносят радиоактивные семейства урана-238 и тория-232, в процессе распада которых образуются радиоактивные радон-222 и радон-220.

В рудничной атмосфере, воздухе рабочей зоны наземного персонала присутствуют радиоактивные элемен­ты всех трех естественных радиоактивных семейств: урана - радия, тория и актиния. При разведке, добыче и переработки урановых руд радио­нуклиды семейства актиния, как правило, не представляют существенной радиационной опасности для персона­ла. поэтому обычно рассматриваются только спо­собы защиты от радионуклидов ряда урана – радия и ряда тория.

Радиоактивные вещества ряда урана – радия и тория, входящие в состав рудничной атмосферы, можно условно разде­лить на три группы, различающиеся по физико-химическим свойствам, радиационным характеристикам, способам поступления в атмосферу рудника и по механиз­му биологического воздействия на организм человека.

К первой группе относятся долгоживущие α-активные нуклиды (ДАН) ряда урана-радия (^234,238U, ^230,234Th, ²²⁶Ra, ²¹⁰Po, ²¹⁰Bi) и ряда тория (^228,232Th), попадающие в рудничную атмосферу вместе с нерадиоактивной пылью при различных технологических процессах, сопровождающихся пылеобразованием..

Ко второй группе относится радон и торон, образующиеся в рудах и горных породах и попадающий в рудничную атмосферу глав­ным образом вследствие диффузии и фильтрационного переноса.

К третьей группе относятся короткоживущие дочерние про­дукты распада радона(RaA,RaB,RaC,RaC^/) и торона (ThA, ThB, ThC, ThC^/ ), образующиеся непосредственно в атмосфере руд­ников (ДПР радона, ДПР торона).

Торон и актинон с периодами полураспада 54,5 и 3,92 сек соответственно , как правило, не образуют в воздухе выработок значительных концентраций и в обычных условиях мо­гут не приниматься во внимание.

Таким образом, радиационно-опасными факторами (РОФ) уранодобывающих и перерабатывающих предприятий являются:

-внешнее гамма-излучение руд и пород;

- радон ( ²²²Rn);

-короткоживущие дочерние продукты распада радона и торона;

-долгоживущие α-активные нуклиды (ДАН) ряда урана-радия и ряда тория;

-радиоактивное загрязнение кожных поверхностей, средств индивидуальной защиты и оборудования.

Вклад этих РОФ в индивидуальную годовую эффективную дозу (ГЭД) внешнего и внутреннего облучения различных категорий персонала уранодобывающих и перерабатывающих предприятий различен. Это показано в табл. 1.3.

Таблица1.3 Распределение вклада РОФ в годовую эффективную дозу облучения

персонала

Категории персонала	РОФ		Вклад РОФ в ГЭД,%	Место РОФ в формировании ГЭД
Подземный персонал	Внешнее γ-излучение	5 - 28		3
	ДПР радона и торона	41 - 47		1
	ДАН ряда U и Th	31-37		2
Наземный персонал	Внешнее γ-излучение	10 - 36		2
	ДПР радона и торона	2,5 – 7,3		3
	ДАН ряда U и Th	56 - 87		1