Тема 7. Ионизирующие излучения. Аварии на ядерно_опасных объектах

7.1. Основные понятия и характеристики ионизирующих излучений (ИИ)

Ионизирующие излучения (ИИ) существовали на Земле задолго до зарождения на ней жизни и

присутствовали в космосе до возникновения самой Земли. Даже человек слегка радиоактивен, так

как во всякой живой ткани присутствуют следы радиоактивных веществ.

Уровни радиационного излучения неодинаковы для различных областей. Так, Северный и Южный

полюсы более чем экваториальная зона, подвержены воздействию космических лучей. Люди,

проживающие в горных районах и постоянно пользующиеся воздушным транспортом, также

дополнительно подвергаются риску облучения.

Радиация (от лат. radiatio – излучение) характеризуется лучистой энергией.

Ионизирующим излучением называют потоки частиц и электромагнитных квантов, образующихся

в результате радиоактивного распада.

Источниками ИИ могут быть природные (естественные) и искусственные радиоактивные

вещества (РВ). Естественную земную радиацию в основном образуют три радиоактивных элемента –

уран, торий и актиний. Эти химические элементы нестабильны. Искусственная (созданная человеком)

радиоактивность – это изотопы, полученные в результате проведения ядерных реакций.

Радиоактивность – это способность ядер некоторых элементов к самопроизвольному распаду с

испусканием радиоактивных излучений и элементарных частиц.

Ионизация – акт образования из электрически нейтрального атома двух противоположно

заряженных частиц.

Проникающая радиация – это совокупность гамма-лучей и нейтронов.

Критериями ионизирующего источника излучения могут быть:

1) сам источник излучения (вид излучения, активность, энергия, период полураспада);

2) образуемое им ионизирующее поле (экспозиционная, поглощенная и эквивалентная дозы).

Альфа (+ заряд) Поток ядер гелия 10 см в воздухе Лист бумаги

Бета (– заряд) Поток электронов 20 м в воздухе Летняя одежда наполовину

задерживает

Гамма Электромагнитное излучение Сотни метров Свинцовые и бетонные плиты

Нейтронное Поток нейтронов Несколько километров Задерживается материалами

из углеводородов

Характеристика радиоактивных излучений

Вид излучения Состав Проникающая способность Защита

27

Экспозиционная доза – характеристика поля излучения на Рентген (Р) Кулон (кл/кг) 1 кл/кг = 3876 р

основе ионизации сухого воздуха. Применяется для оценки

радиоактивной обстановки на местности

Поглощенная доза – количество энергии, поглощенной Рад Грей (Гр) 1 Гр = 100 рад

единицей массы облученного вещества

Эквивалентная доза – оценка действия излучения Бэр Зиверт (Зв) 1 Зв = 100 бэр

на биоткани

Активность – число радиоактивных превращений Кюри (Ки) Беккерель (Бк)

в единицу времени

Энергия излучения – энергетический спектр Электрон-вольт Джоуль

Дозовые характеристики ионизирующих излучений

Виды доз излучения

Внесистемные

единицы (ВН)

СИ Соотношение

Виды излучений:

• фотонное: гамма-, рентген-лучи (волны);

• корпускулярное: альфа-, бета-частицы, нейтроны, протоны (корпускулы).

Период полураспада (Т1/2) – время, за которое половина РВ переходит в стабильную форму. Йод-131

имеет период полураспада 8 суток, цезий-137 – 33 года. Плутоний (искусственно созданный при

расщеплении урана для изготовления атомной бомбы, топлива для АЭС) имеет Т1/2 = 24000 лет.

Мощность дозы – это доза любого РВ, отнесенная к единице времени (р/ч).

В зависимости от измеряемых характеристик источников ИИ и их полей измерения делятся на

три группы:

• радиометрия – измерение активности радионуклидов;

• дозиметрия – измерение поглощенной энергии объектами (это основной показатель в

исследовании на загрязнения РВ);

• спектрометрия – измерение энергии частиц.

Нейтронное излучение – искусственно вызванный распад ядер РВ. Возникает только при взрыве

атомной бомбы и в действующем ядерном реакторе. Отличительной особенностью нейтронного

излучения является способность превращать атомы стабильных элементов в их радиоактивные

изотопы, что резко повышает опасность нейтронного облучения.

7.2. Биологическое действие излучений на человека

Еще на заре открытия ИИ ученые столкнулись с опасными свойствами радиации. Так, в 1895 г.

помощник В. Рентгена получил радиационный ожог рук при работе с рентгеновскими лучами, а

французский ученый А. Беккерель, открывший радиоактивность, получил сильный ожог кожи от

излучения радия.

Как известно, человек на 75% состоит из воды, т.е. это сложный электролит. Поражающее действие

проникающей радиации заключается в способности гамма излучения и нейтронов ионизировать атомы

и молекулы, входящие в состав живых клеток. Происходит разрушение тканей за счет энергичных

процессов окисления. Разрушаются ядра клеток, утрачивается их основная функция деления,

нарушаются межклеточные связи, наступает гибель клеток, страдает общий обмен веществ. Все это

приводит к возникновению специфического заболевания – лучевой болезни.

Воздействие радиоактивного излучения на организм человека зависит от многих факторов и

определяется:

• скоростью радиоактивного распада радионуклида;

• скоростью выведения РВ из организма;

• типом радиоактивного излучения;

• особенностями накопления РВ в тех или иных внутренних органах.

Существуют два способа облучения: внешнее – когда РВ облучают снаружи, и внутреннее – при

попадании радионуклидов внутрь организма с воздухом, пищей и водой.

Основная доля облучения приходится на естественный фон (до 75% годовой дозы). Земные

источники ответственны за 5/6 годовой эквивалентной дозы, получаемой населением вследствие

внутреннего облучения. Особую опасность представляют стронций-89 и стронций-90, который

концентрируется в основном в костной ткани, йод-131 – в щитовидной железе и плутоний и уран –

в печени.

28

Различают три группы критических органов при равномерном облучении организма:

• первая группа – костный мозг и половые органы;

• вторая группа – щитовидная железа, хрусталик глаза, желудочно-кишечный тракт;

• третья группа – костная ткань, кожные покровы.

Биологическое действие ИИ на организм человека проявляется стохастическим и детерминированным

эффектами.

Стохастические эффекты проявляются развитием:

• злокачественных образований (канцерогенное действие);

• врожденных пороков развития (тератогенное действие);

• болезни у потомков облученных (генетическое действие).

Детерминированные эффекты характеризуются развитием лучевой болезни.

В зависимости от дозы облучения различают четыре степени острой лучевой болезни (ОЛБ).

Первая степень (легкая) – возникает при получении дозы от 100 до 200 бэр. Она характеризуется

общей слабостью, легкой тошнотой, кратковременным головокружением, повышением потливости.

Трудоспособность сохранена.

Вторая (средняя) степень – развивается при дозе 200–400 бэр. У пострадавшего – головная боль,

повышение температуры, желудочно-кишечные расстройства, нарушение трудоспособности.

Третья (тяжелая) степень – возникает при дозе 400–600 бэр. Характеризуется тяжелыми головными

болями, тошнотой, рвотой, общей слабостью и другими недомоганиями.

Четвертая (крайне тяжелая) степень – развивается при дозе свыше 600 бэр. В большинстве случаев

приводит к смертельному исходу.

В течение ОЛБ различают четыре периода:

• I период – первичная реакция;

• II период – скрытый или мнимого благополучия;

• III период – разгар болезни;

• IV период – исход.

Тяжесть поражения зависит не только от дозы, но и от длительности облучения. Допустимыми,

т.е. безопасными, дозами являются:

• однократное облучение или за первые 4 дня – 50 бэр;

• за 30 дней (месяц) – 100 бэр;

• за квартал (3 месяца) – 200 бэр;

• за год – 300 бэр.

При таких дозах лучевая болезнь не возникает, погибшие клетки восстанавливаются за счет его

внутренних резервов.

Острые последствия проявляются в первые дни (недели) после облучения. Отдаленные последствия

развиваются спустя месяцы и годы.

7.3. Понятия о ядерно_опасных и радиационно_опасных объектах.

Отличия аварий на АЭС от взрыва ядерного оружия

Овладение ядерной энергией – величайшее достижение науки и техники ХХ в. Преимущества

атомных электростанций (АЭС) перед тепловыми и гидроэлектростанциями очевидны. Энергия,

выделяющаяся в ядерных реакциях, в миллионы раз выше, чем та, которую дают обычные химические

реакции (реакция горения). Подсчитано, что использование 0,5 г ядерного топлива равноценно

сжиганию 15 вагонов угля.

Для того чтобы произошла цепная реакция в реакторе, необходима минимальная масса ядерного

топлива, так называемая критическая масса (критическая масса для урана (U238) равна 23 кг, для

плутония-239 (Pu239) – 5,6 кг). Процесс деления ядер урана в тепловыделяющих элементах (ТВЭлах)

длится несколько лет, поэтому загрузка реакторов ядерным горючим осуществляется раз в 3 года.

За этот срок короткоживущие изотопы распадаются, а процентное содержание долгоживущих

радионуклидов (стронций-90, цезий-137, плутоний-239) увеличивается.

Развивая ядерную энергетику, нельзя забывать о безопасности и здоровье людей. С момента начала

эксплуатации атомных станций в 14 странах мира произошло более 150 инцидентов и аварий различной

степени опасности. Также имеется опасность утечки ядерного топлива из сферы выработки

электроэнергии в сферу разработки и создания ядерного оружия.

29

Под ядерно-опасными объектами (ЯОО) следует понимать объекты, имеющие значительные

количества ядерных делящихся материалов. Потенциальная опасность их эксплуатации заключается

в возможности возникновения «критичности массы» и развитии самоподдерживающейся цепной

реакции. К ним относятся объекты ядерного топливного цикла (АЭС), предприятия по переработке

ядерного горючего, хранилища ядерных боеприпасов др.

К радиационно-опасным объектам (РОО) относятся предприятия, использующие радиоактивные

вещества в небольших количествах и изделия на их основе, т.е. не представляющие ядерной опасности.

Это дефектоскопы в промышленности, в диагностике и лучевой терапии в медицине, поиск

ископаемых в геологоразведке, обработка семян в сельском хозяйстве и др.

Наиболее опасным элементом АЭС является ее ядерный реактор. Аварийная ситуация может

возникнуть из-за нарушений правил эксплуатации, хранения и транспортировки РВ.

26 апреля 1986 г. в процессе подготовки и проведения чисто электротехнических испытаний

персонал 4-го блока Чернобыльской АЭС грубо нарушил правила безопасной эксплуатации реактора.

Из 211 управляющих штатных стержней из активной зоны было выведено 204, т.е. более 96%, тогда

как регламент требовал «немедленно заглушить реактор при снижении оперативного запаса

реактивности до 15 стержней». Реактор попал в неуправляемое состояние, началась неуправляемая

цепная реакция, которая закончилась тепловым взрывом. АЭС имеют много степеней защиты, но

разработчики не учли такой фактор, как человеческая глупость, ибо преднамеренно «отключить» и

так грубо «нарушить» означало рыть себе могилу.

Различают радиационную и ядерную аварию (РА, ЯА).

Радиационной аварией (ЧС) называют событие, вызванное частичным или полным вскрытием

работающего реактора, в результате которого в воздух выносятся парогазовая и твердая фракции,

зараженные радионуклидами (РН).

Ядерной аварией (ЧС) называют опасное событие, неконтролируемое течение цепной реакции в

ядерном реакторе, приводящее к повреждениям в активной зоне и выбросу радионуклидов.

Различают три фазы протекания аварии на ЯОО:

• ранняя – от начала аварии, выброса РВ до окончания формирования следа радиоактивного

заражения местности. Продолжительность фазы до двух недель;

• средняя – от окончания ранней фазы до принятия мер защиты населения. Продолжительность

фазы – несколько лет. При этом источником внешнего облучения являются осевшие на

местности РВ;

• поздняя – до прекращения проведения защитных мер и отмены всех ограничений.

Различают три зоны вокруг ЯОО:

• 1-я зона – зона экстренных мер защиты – территория, на которой доза внешнего облучения

не превышает 75 бэр. Это 30 км вокруг АЭС;

• 2-я зона – зона профилактических мероприятий – территория, на которой доза облучения не

превышает 25 бэр (радиус вокруг до 50 км);

• 3-я зона – зона ограничения – территория, на которой доза облучения не превышает 10 бэр

(радиус вокруг до 100 км).

Радиационные аварии по масштабам делятся на три типа:

• локальная авария – это авария, радиационные последствия которой ограничиваются одним

зданием;

• местная авария – радиационные последствия ограничиваются территорией АЭС;

• общая авария – радиационные последствия распространяются за территорию АЭС.

В отличие от применения ядерного оружия аварии на АЭС имеют свои особенности, а именно:

• выброс радиоактивных отходов никогда не бывает локализованным;

• осадки выпадают на большой территории и в мозаичном порядке;

• в осадках присутствует большое количество радиоактивного йода;

• отмечается большое количество радиоактивных элементов с длительным периодом

полураспада (цезий, стронций);

• загрязнение окружающей среды происходит на большой территории и на долгие годы;

• задержать мелкодисперсные аэрозоли и радиоактивные газы обычными средствами

индивидуальной защиты не представляется возможным;

• доза внутреннего облучения составляет 85% (вдыхание радиоактивных газов и аэрозолей), а

внешнего – 15%.

30

7.4. Основные мероприятия по защите населения от аварий на АЭС

Важным условием обеспечения безопасной работы АЭС является правильный выбор площадки

для размещения станции. Она должна располагаться в зоне минимальной сейсмичности, незатопляемости

территории, с подветренной стороны по отношению к городу энергетиков.

Все население по возможности облучения делится три группы.

• I группа А – все, кто постоянно или временно работает с источниками излучения (операторы

АЭС, ученые-ядерщики, моряки атомных судов);

• II группа Б – граждане, которые по условиям проживания или размещения могут пострадать

от радиоактивного загрязнения;

• III группа В – все остальное население.

Режимы радиационной защиты населения. Режим радиационной защиты населения означает:

• порядок действия людей, оказавшихся в зоне радиоактивного заражения;

• порядок применения средств защиты для уменьшения возможных доз облучения.

Для защиты населения предусмотрены три типовых режима:

• первый применяется для населенных пунктов, в которых население проживает в деревянных

домах (коэффициент ослабления радиации в 2–3 раза);

• второй предусмотрен для населенных пунктов, где жители проживают в каменных

одноэтажных домах (коэффициент ослабления радиации в 10 раз);

• третий предусмотрен для населенных пунктов, где население проживает в многоэтажных

каменных зданиях (коэффициент ослабления радиации в 20–30 раз).

Подвалы деревянных одноэтажных домов снижают уровень проникающей радиации до 7 раз, а

каменных многоэтажных – до 400 раз.

Любой из этих трех режимов предполагает трехэтапный порядок поведения в зоне заражения:

• первый этап – это период времени, в течение которого надо постоянно находиться в убежище;

• второй этап – включает время, в течение которого допускается поочередно пребывание в

убежище и в своем доме (квартире);

• третий этап – это время, позволяющее пребывание в своем доме (квартире) с кратковременным

выходом на улицу (не более чем на 1 ч).

Продолжительность каждого этапа зависит от степени защиты людей от радиации, (убежище,

жилое помещение), а также от уровня радиации в районе заражения и времени его спада.

Мероприятия по защите населения от последствий аварии на ядерно-опасном объекте:

• ограничение пребывания населения на открытой местности (укрытия в убежищах, других

герметичных помещениях);

• предупреждение накопления радиоактивного йода-131 в щитовидной железе (йодная

профилактика: йодистый калий, 5%-ная йодная настойка внутрь);

• эвакуация населения в безопасные в радиационном отношении районы;

• исключение из употребления загрязненных РВ пищевых продуктов, воды;

• санитарная обработка открытых участков кожи, загрязненных РВ;

• защита органов дыхания с помощью противогаза или подручных средств;

• простейшая обработка поверхностно загрязненных продуктов питания (обмывание, удаление

поверхностно загрязненного слоя);

• дезактивация загрязненной местности;

• соблюдение населением правил личной гигиены (мыть обувь, вытряхивать одежду перед

входом в помещение, не пить воду из открытых водоисточников).

Двигаясь по зараженной территории, не поднимать пыль, обходить лужи.

Прием пищи вне убежищ разрешается на местности с уровнем радиации не более 5 р/ч.

Контрольные вопросы

1. Ионизирующие излучения, их виды, дозы излучений.

2. Биологическое действие излучений на человека.

3. Ядерно- и радиационно-опасные объекты.

4. Фазы, зоны, масштабы аварий на АЭС. Их отличие от взрыва атомной бомбы.

5. Мероприятия по защите населения и территории от последствий аварии на АЭС.

31