- •Введение
- •1 Краткие сведения из атомной и ядерной физики
- •1.1 Строение атома
- •1.2 Атомное ядро, изотопы
- •1.3 Радиоактивность и радиоактивный распад
- •1.4 Единицы измерения активности и величин, характеризующих поля ионизирующего излучения
- •2 Доза излучения. Единицы дозы излучения
- •2.1 Поглощенная доза
- •2.2 Эквивалентная доза
- •2.3 Эффективная эквивалентная доза облучения
- •2.4 Коллективная эквивалентная доза облучения
- •2.5 Экспозиционная доза фотонного излучения
- •2.6 Гамма – постоянная радионуклида
- •3.1 Цезий
- •3.3 Стронций-90
- •3.4 Трансплутониевые радионуклиды
- •4 Радиоактивные материалы и окружающая среда
- •4.1 Естественная радиация
- •4.1.1 Космическое излучение
- •4.1.2 Земное излучение
- •4.2 Изменение естественного радиоактивного фона
- •4.2.1 Использование излучений в медицине
- •4.2.1.1 Медицинская диагностическая рентгенография
- •4.2.1.2 Диагностическая радиационная медицина
- •4.3 Испытания ядерного оружия
- •4.4 Промышленные процессы и естественные радионуклиды
- •4.5 Радиация и атомная энергетика
- •4.5.1 Производство электроэнергии на АЭС в условиях нормальной эксплуатации
- •4.5.1.1 Добыча и переработка урановых руд
- •4.5.1.2 Производство ядерного топлива
- •4.5.1.3 Эксплуатация реакторов
- •4.5.1.4 Переработка ядерного топлива
- •4.5.1.5 Транспортировка радиоактивных материалов
- •4.5.1.6 Долговременные перспективы
- •5 Обстановка после Чернобыльской аварии
- •5.1 Авария и аварийные меры на площадке
- •5.2 Последствия аварии на ЧАЭС
- •6 Выброс радиоактивных веществ в окружающую среду и пути облучения организма человека
- •6.1 Рассеяние и осаждение радиоактивных веществ
- •6.2 Пути внешнего облучения
- •6.3 Внутреннее облучение. Пути поступления радионуклидов
- •6.3.1 Ингаляционное поступление радионуклидов
- •6.3.2 Поступление радионуклидов с продуктами питания
- •6.4 Допустимые уровни воздействия ионизирующих излучений и содержания радионуклидов в продуктах питания
- •6.4.1 Допустимые уровни годовой суммарной эффективной дозы
- •6.5 Допустимые уровни загрязнения 137Cs и 90Sr продуктов питания
- •7 Взаимодействие заряженного излучения с веществом
- •7.1 Взаимодействие тяжелых заряженных частиц с веществом
- •8 Взаимодействие рентгеновского и γ-излучений с веществом
- •8.1 Тормозное и характеристическое рентгеновское излучение
- •8.2 Ослабление излучения в веществе
- •8.3 Фотоэффект
- •8.4 Комптон-эффект
- •8.5 Эффект образования пар
- •9 Ионизационный метод регистрации излучения
- •9.1 Принципы регистрации излучения
- •9.2 Физические основы газовой проводимости
- •9.2.1 Подвижность ионов
- •9.2.1.1 Рекомбинация ионов
- •9.3 Вольт–амперная характеристика газового разряда
- •9.4 Ионизационные камеры. Принципы работы и общие характеристики
- •9.4.4 Импульсные камеры
- •9.5 Пропорциональный счетчик
- •9.5.1 Принцип действия
- •9.5.2 Механизм газового разряда
- •9.5.3 Рабочие характеристики
- •9.5.4 Конструкция и применение пропорциональных счетчиков
- •9.6.1 Особенности газового разряда
- •9.6.2 Рабочие характеристики
- •10 Сцинтилляционные детекторы
- •10.1 Принцип действия и структурная схема сцинтилляционного детектора
- •10.2 Фосфоры
- •10.2.1 Органические монокристаллы
- •10.2.2 Жидкие фосфоры
- •10.2.3 Пластики
- •10.2.4 Неорганические монокристаллы
- •10.3 Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ)
- •10.3.1 Особенности регистрации излучений
- •11 Полупроводниковые детекторы
- •11.1 Зонная теория проводимости
- •11.2 Примесные полупроводники
- •11.4 Диффузионно-дрейфовые детекторы
- •12 Спектрометрия излучений
- •12.1 Основные виды спектрометров и их характеристики
- •12.2 Энергетические спектрометры
- •12.3 Методы построения спектрометров
- •13 Методы дозиметрии
- •13.1 Термолюминесцентные дозиметры
- •13.2 Фотографический метод дозиметрии
- •13.2.1 Сенситометрические характеристики фотографических материалов
- •14 Методы отбора и подготовки проб для радиометрических измерений
- •14.1 Цели и задачи агрохимического и радиологического обследования почв
- •14.2 Полевое агрохимическое и радиологическое обследование почв
- •14.2.1 Выделение элементарных участков
- •14.3 Общие правила отбора смешанных почвенных образцов при агрохимическом и радиологическом обследовании
- •14.4 Формирование объединенных почвенных образцов при агрохимическом и радиологическом обследовании
- •14.5 Особенности отбора проб на угодьях, на которых после выпадения радионуклидов не проводилась обработка почвы
- •14.6 Виды анализов и формирование объединенных почвенных образцов для агрохимических анализов
- •14.7 Особенности обследования почв на содержание тяжелых металлов
- •15 Математическая обработка результатов измерений
- •15.1 Методы и средства измерения
- •15.2 Погрешность измерения действительных величин
- •15.3 Статистическая точность измерения
- •Список литературы
например, ультразвуковых. Поглощенные дозы, полученные в результате использования радиационной диагностики, составляют всего 4% от коллективной поглощенной дозы от всех облучений в медицинских диагностических целях. Применение различных радионуклидов (например, 131I или 99Te) обусловливает большие различия в среднегодовых дозах.
4.3Испытания ядерного оружия
Впериод с 1945 по 1980 гг. с целью испытания ядерного оружия было проведено более 400 ядерных взрывов в атмосфере. Наиболее интенсивные испытания в атмосфере проводились в 1957–58 и 1961– 62 годах, когда было проведено по 128 взрывов, но суммарная мощность послед ней серии испытаний была примерно в четыре раза выше. В результате этих испытаний произошел выброс значительного количества радиоактивных веществ в окружающую среду.
В1963 году СССР, Великобритания и США подписали договор о частичном запрещении испытаний ядерного оружия, согласно которому они обязались не проводить испытаний в атмосфере. С тех пор испытания в атмосфере проводят только Франция и Китай, но их мощность и частота значительно меньше. Однако подземные испытания ядерного оружия продолжаются до сих пор.
При испытаниях в атмосфере выпадает несколько сот различных радионуклидов, но лишь четыре из них опасны для современного и будущих поколений – это 14C (период полураспада 5730 лет), 137Cs (период полураспада 30 лет), 90Sr (период полураспада 30 лет) и тритий (период полураспада 12 лет). Вклад 14C в полувековую ожидаемую дозу составляет примерно две трети от общего вклада радионуклидов из-за относительно короткого времени полураспада остальных радионуклидов. Вклад 239Pu, 240Pu и 241Am в мощность дозы будет очень незначительным (0,1 %) и растянутым на тысячи лет. Среднегодовая индивидуальная доза в результате про ведения испытаний в атмосфере составит 0,01 мЗв, однако из за того, что в атмосферу были выброшены долгоживущие радионуклиды, вклад испытаний в атмосфере в коллективную полувековую ожидаемую дозу является самым большим из всех антропогенных источников радиации.
42
4.4 Промышленные процессы и естественные радионуклиды
В результате некоторых промышленных процессов, таких, как использование геотермальной энергии и разработка месторождений фосфоритной руды, на поверхность Земли выносятся вещества с концентрацией естественных радионуклидов выше средней. В ряде промышленных процессов, например, при сжигании угля и производстве фосфатных удобрений, используются вещества со средним или выше среднего содержанием естественных радионуклидов. В результате таких процессов радионуклиды концентрируются в одном или нескольких конечных основных или побочных продуктах Влияние таких доз облучения на радиационную обстановку незначительно. Однако систематического измерения доз облучения не проводится, а ускоренные темпы расширения этих производств, в особенности энергетики, позволяют сделать предположение о том, что они окажут значительное влияние на окружающую среду в течение последующих десятилетий. Производство электричества за счет других источников энергии, помимо ядерного, также может привести к увеличению облучения населения (рисунок 4.3).
Торф, 2.0 |
Нефть, 0.5 |
Природный газ, |
Уголь, 4.0 |
|
0.03 |
||||
|
|
|
Геотермальные |
|
источники, 2.0 |
Ядерные источники, 2.5 |
|
Рисунок 4.3 – Расчетная ожидаемая коллективная доза (в человекоЗивертах на гигаватт в год), получаемая в результате различных способов выработки электроэнергии
Во многих странах уголь является основным топливом для развития энергетики с целью удовлетворения возрастающего
43
энергопотребления. И, действительно, около 70% всего добытого во всем мире за год угля (2,7 1012 эквивалентных килограммов) было использовано для производства электроэнергии, 20% – для производства кокса и 10% – на обогрев жилищ и приготовление пищи. Уголь, как и большинство природных материалов, содержит естественные радионуклиды, которые высвобождаются при его сжигании в окружающую среду. Величина выброса зависит от концентрации радиоактивности угля, его зольности, температуры сжигания, соотношения между тяжелыми шлаковыми золами, оседающими в подтопке, и легкими летучими золами, а также от эффективности устройств пылегазоочистки. В мире существуют два основных типа станций, работающих на угле: старые станции с выбросом около 10% летучих зол и современные станции с пылеулавливателями, выбрасывающие в атмосферу толь ко около 0,5% летучих зол. Если основываться на предположении, что две трети электростанций в мире принадлежат к старому поколению, то полувековая ожидаемая коллективная доза составит 4 чел.-Зв на ГВт/г произведенной электроэнергии.
Сжигание угля сопровождается и другой радиационной опасностью. Большая часть радиоактивной летучей золы, накапливающейся в пыле улавливателях, используется для производства цемента и бетона для строительных работ, что вызывает радиационное облучение. Тяжелые золы нередко хранятся в золоотвалах вблизи электростанций, что создает потенциальную радиационную опасность в результате ветрового переноса зол и загрязнения поверхности. Оценка влияния вышеперечисленных факторов на увеличение дозы облучения отсутствует.
Геотермальная энергетика является еще одним источником радиационного облучения. Хотя ее доля в общем производстве электроэнергии невелика, ожидается, что относительный вклад геотермальной энергетики будет расти. Большая часть радиоактивности, сконцентрированной в геотермальных водах, вызвана цепочками распада урана, в особенности радоном. На основе измерений содержания радона в геотермальных водах различных стран нормализованная величина полувековой ожидаемой коллективной дозы составит 2 чел.-Зв на ГВт/г произведенной электроэнергии.
В некоторых странах, в частности в Финляндии, Ирландии и Швеции, для получения энергии сжигают торф. Поверхностные и
44