За единицу воздействия излучения на вещество принята единица энергии излучения джоуль, поглощенная в одном килограмме вещества. Эта единица называется грей (Дж/кг). Выявилось также, что биологический эффект единицы поглощенной энергии отличается для разных видов излучения (например, нейтронное излучение в 10 раз вреднее гамма-излучения).
Биологическое воздействие излучений измеряют в эквивалентных дозах, т.е. дозах энергии (грей) умноженных на коэффициент биологического действия. Эквивалентная доза измеряется в зивертах. Один зиверт соответствует 1000 бэрам (БЭР - это биологический эквивалент рентгена, старая единица эквивалентной дозы облучения).
Чем определяется естественная радиоактивность природной среды и каково содержание естественных радиоактивных элементов в разных сферах природы?
Ряд радиоактивных элементов вошел в состав планеты Земля с самого начала ее возникновения, к ним относятся изотопы урана и тория, а также дочерние продукты их радиоактивного распада, начиная от актиния и радия и кончая свинцом (около 30 элементов). Ученые считают, что при образовании Земли в ее состав вошли и другие радиоактивные элементы, но за прошедшие с тех пор миллиарды лет они распались и исчезли, а остались только элементы с периодом полураспада около миллиарда лет и более.
В составе Земли имеются также элементы, которые не называют радиоактивными, но они содержат естественные радиоактивные изотопы (калий, ванадий, рубидий и т.д.) Например, природный калий представляет собой смесь из нерадиоактивного калия (с массовым числом 39) и 0,01% радиоактивного калия (с массовым числом 40). Все эти радиоактивные элементы и изотопы распределены в земной коре довольно равномерно. Среднее содержание естественных радиоактивных элементов в Земле составляет несколько миллионных долей. В одном кубическом метре Земли (т.е. в 1500 кг почвы) содержится: 2 грамма калия-40; 15 граммов тория; 5 граммов урана.
Эти элементы вместе составляют суммарную радиоактивность 0,003 кюри (на кубический метр).
Содержание радиоактивных элементов в природной воде и растениях в среднем в 100 раз меньше, чем в почве. Только калий-40 содержится в растениях и теле животных в больших количествах, чем в почве. Концентрация суммы всех естественных радиоактивных элементов в теле человека (на единицу веса) в 70 раз меньше, чем в почве. Ъ атмосфере Земли имеются естественные радиоактивные газы: углекислый газ из углерода-14 (получается от воздействия космических лучей на атмосферу) и радон -дочерний продукт распада урана и тория (выходит из Земли и создает концентрацию в воздухе около одной миллиардной доли по весу).
Суммарная радиоактивность указанных газов в 1 кубическом метре воздуха в миллион раз меньше, чем радиоактивность одного кубического метра Земли.
95% жителей нашей планеты в среднем (каждый) получает за год дозу облучения около 250 миллибэр (2500 микро-зивертов). 30% этой дозы дает внешнее облучение человека (по 15% от космических лучей и от поверхности Земли). 70% общей годовой дозы дает внутреннее облучение от попавших в организм радиоактивных веществ (по 9% от изотопов калия-40 и углерода-14, 50% от вдыхаемого радона и 2% от прочих радиоактивных элементов). 5% населения Земли (около 300 млн человек) получают годовую дозу в 2-5 раз больше из-за большого содержания природных радиоактивных элементов в окружающей земле (горные породы, торневые пески, выход подземных ключей с радием или радоном). В Бразилии есть курорт Гуара-нари, где доза естественного облучения в 80 раз больше средней для планеты. Подобные места есть в Индии, Нигерии, Иране, на Мадагаскаре.
Каковы нормы допустимого воздействия радиации от АЭС на их работников и население в прилегающих районах в сравнении с естественной радиоактивностью? Каково фактическое воздействие Смоленской АЭС на персонал и на население?
Санитарные правила и нормы радиационной безопасности устанавливают, что максимальное радиационное воздействие АЭС на население самого ближнего населенного пункта не может превышать половины среднего воздействия естественной среды за год, а персонал, непосредственно обслуживающий реактор, не должен получать воздействие более чем в 10 раз выше естественного (т.е. 2 бэр в год). Для контроля за радиационным воздействием производятся измерения радиоактивного фона на мощности и в помещениях АЭС, фиксируются индивидуальные дозы, полученные персоналом. Измеряется величина выброса радиоактивных газов (инертные газы ксенон и криптон) от АЭС. Выбросов жидких и твердых радиоактивных веществ с АЭС не производится. Измерения за 17 лет работы на Смоленской АЭС показывают, что фактические газоаэрозольные выбросы от нее в тысячу раз меньше норм, годовые индивидуальные дозы, полученные персоналом, в 2-5 раз меньше норм.
Современными методами радиационных измерений почвы, воды и воздуха и медицинскими исследованиями не выявлено ни одного случая неблагоприятного воздействия Смоленской АЭС на персонал и население.
Где на АЭС сосредоточено основное количество радиоактивных веществ, и вследствие каких процессов они могут попасть в окружающую среду?
Основное количество радиоактивных веществ образуется и находится в ядерном топливе, т.е. в таблетках двуокиси урана внутри герметичных трубок тепловыделяющих элементов реактора (ТВЭлов). В каждом реакторе накапливается несколько десятков миллионов кюри радиоактивных элементов (продуктов деления урана). В хранилищах разных радиоактивных отходов АЭС за десятки лет работы накапливается несколько сотен кюри радиоактивных материалов (детали оборудования, инструмент, спецодежда, солевые блоки от выпаривания жидких отходов), что совершенно ничтожно и не может представлять серьезной опасности для населения (его количество соответствует содержанию естественных радиоактивных веществ на нескольких гектарах земли). Серьезную опасность для населения представляют только радиоактивные вещества в ядерном топливе.
Эти радиоактивные вещества могут выйти за пределы АЭС только при последовательном повреждении нескольких барьеров, препятствующих их выходу: нарушение охлаждения и повреждение трубочек (ТВЭлов) с ураном, повреждение оборудования или трубопроводов первого контура реакторной установки и повреждение герметичного корпуса реактора. Однако при этом из таблеток двуокиси урана может выйти только несколько процентов содержащихся веществ: летучие йод, цезий, барий, так как температура плавления двуокиси урана - около - 3000 градусов, что превышает температуру плавления материалов реакторной установки (сталь плавится при 1500 градусов и отводит тепло), поэтому плавление таблеток не может быть достигнуто.
Какой радиоактивный элемент наиболее опасен для населения в случае гипотетической, самой тяжелой аварии на АЭС и как избежать опасности от него?
Самым опасным для людей является образующийся в ядерном топливе АЭС изотоп йода-131 по двум причинам:
• йод имеет небольшой период полураспада, поэтому имеет высокую радиоактивность (его в одном реакторе около 10 миллионов кюри);
• йод избирательно накапливается в щитовидной железе человека. До 90% этого элемента после попадания в организм (желудок или легкие) скоро оказывается в щитовидной железе. Размеры и вес ее малы (20 граммов), поэтому воздействие радиации от йода многократно усиливается. Для предотвращения попадания радиоактивного йода в щитовидную железу необходимо при известии об аварии на АЭС принять несколько миллиграммов препарата, содержащего йод (например, йодистый калий).
Об энергетике и экологии
Что значит «парниковый эффект»?
Температура поверхности Земли зависит от баланса потока тепла от солнца и излучения Земли в космос. Углекислый газ (СО2)> выбрасываемый в атмосферу тепловыми машинами различного назначения, при сжигании органического топлива.
Как действуют тепловые сбросы АЭС на экологию?
Как АЭС, так и в равной степени крупные ТЭЦ оказывают отрицательное тепловое влияние на водные экосистемы. От этого факта никуда не уйдешь, хотя и существуют ограничения на предельную температуру нагретой воды, сбрасываемой ТЭЦ и АЭС в природные водоемы и реки. В России, ФРГ и ряде других стран она равна 28 градусам, а в США -30. Поэтому при электростанциях сооружают технические бассейны, градирни, изолированные от рек. Говорят, что АЭС - самое экологически чистое предприятие. Так ли это?
Так. Но при этом подразумевают нормальную эксплуатацию АЭС. Очень серьезным недостатком ядерного топлива является образование в нем при работе реактора значительного количества радиоактивных продуктов деления. Например, в реакторах типа ВВЭР-1000 концентрация этих веществ может достигать 40 кг на 1 тонну ядерного топлива. При ежегодной перегрузке 22 тонн ядерного топлива вместе с ним выгружается 22 х 40 = 880 кг продуктов деления. Огромная активность. Все это требует дистанционного обращения с ним, строгого учета и длительного хранения в контролируемых условиях. Объем и масса этих отходов малы, поэтому невелики затраты.
Что входит в состав ядерного топливного цикла?
Это рудники и карьеры по добыче урановых руд, фабрики по их обогащению, заводы по обогащению ядерного топлива ураном-235, металлургические заводы, изготавливающие тепловыделяющие элементы и тепловыделяющие сборки, радиохимические заводы с хранилищами отработавшего ядерного топлива, хранилища радиоактивных отходов. Из-за большой эффективности урана объемы материалов его топливного цикла в 50 тысяч раз меньше, чем для ТЭЦ, а затраты живого труда в 8 раз меньше.