Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

РАДИОАКТИВНЫЕ АЭРОЗОЛИ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ



Естественный радиационный фон. Основную часть облучения (~ 70 %) население Земного шара получает от естественных источников радиации. Естественными источниками радиации принято считать такие радиоактивные вещества, которые образовались (и продолжают образовываться) без участия человека.Естественными источниками радиации являются космические лучи и радионуклиды, содержащиеся в земной коре. Когда радиоактивные вещества находятся вне организма и облучают человека снаружи - это внешнее облучение человека. Если радиоактивные вещества попадают внутрь организма (вместе с воздухом, водой и пищей) и облучают человека изнутри - это внутреннее облучение.

Расчетные значения годовых эффективных доз от естественных (природных) источников излучения приведены в табл. 4.1.

 

Таблица 4.1

Годовая индивидуальная эффективная доза естественного радиационного фона, мЗв/год

Компонент Среднее
Космическая радиация
Непосредственно ионизирующая и фотонная компоненты 0,28
Нейтронная компонента 0,1
Космогенные радионуклиды 0,01
Всего 0,39
Внешнее облучение от земной коры
Вне помещений 0,07
В помещениях 0,41
Всего 0,48
Ингаляция
Урановые и ториевые ряды 0,006
Радон (222Rn) 1,15
Торон (220Rn) 0,1
Всего 1,26
Заглатывание
40К 0,17
Урановые и ториевые ряды 0,12
Всего 0,29
Всего 2,4

 

Космическое излучение[21], взаимодействуя с ядрами азота, кислорода и водорода, присутствующими в атмосферном воздухе, образует так называемые космогенные радионуклиды, которые могут создавать внутреннее облучение человека, поступая в организм с воздухом, водой и пищей. Можно сказать, что космогенные радионуклиды являются продуктами активации ядер элементов, составляющих воздух, вторичным космическим излучением. Среди большого числа космогенных радионуклидов лишь четыре нуклида (3Н, 7Ве, 14С и 22Na) вносят некоторый вклад в суммарную дозу внутреннего облучения.

К радионуклидам земного происхождения относятся долгоживущие радиоактивные элементы, присутствующие в различных объектах внешней среды с момента образования Земли, а также их дочерние продукты распада (время образования земной коры составляет ~ 4,5×109 лет). Наибольшей удельной активностью обладают 40К, 238U и 232Th в равновесии со своими дочерними продуктами.

Содержание радионуклидов земного происхождения в почве определяется как составом исходных горных пород, слагающих земную кору, так и характером процессов почвообразования (выщелачивание почв грунтовыми водами, сорбция радионуклидов почвами и т.д.). Диапазон содержания радионуклидов для почв разного состава составляет примерно (100 – 800) Бк/кг для 40К, (10 – 60) Бк/кг для 238U, (7 – 60) Бк/кг для 232Th, (3 – 50) Бк/кг для 226Ra.

Если говорить о внешнем облучении, тоестественныйрадиоактивный изотоп 40К и дочерние продукты распада радия и тория являются основными g-излучающими веществами, создающими ионизацию над поверхностью Земли[22]. Значения естественного радиационного фона в различных регионах земли варьируются в очень широких пределах: величины максимального и минимального значений мощности поглощенной дозы в воздухе от естественных радионуклидов, находящихся в почве, могут различаться в 500 раз.

Но все-такинаиболее весомый вклад (до 70 %) в эффективную дозу облучения, которую человек получает от естественных источников радиации, дает внутреннее облучение, обусловленное радиоактивными веществами, содержащимися в земной коре и попавшими в организм с воздухом, пищей и водой.

Естественные аэрозоли. Наиболее существенный вклад во внутреннее облучение человека вносят продукты распада радона, которые поступают в организм человека вместе с вдыхаемым воздухом.

Большинство радиоактивных элементов, встречающихся в природе, можно расположить в виде трех последовательных цепочек, они называются радиоактивными семействами. Эти три семейства радиоактивных изотопов в основном и обуславливают радиоактивность, с которой связано облучение человека в естественных условиях его существования. Радиоактивное семейство изображено на рис. 4.1[23]. В скобках указаны первоначальные названия членов ряда, показывающие их генетическую связь, без скобок - общепринятые обозначения изотопов[24].

Семейство урана-радия имеет 19 нуклидов и начинается с изотопа (содержание которого в природной смеси изотопов урана составляет 99,28 %), заканчивается стабильным изотопом свинца. Второе семейство – актиноурана – начинается с другого изотопа урана . Содержание в естественной смеси составляет 0,71 % (именно этот изотоп используется в управляемых реакциях деления на АЭС). Среди элементов этого ряда есть актиний - наличие радионуклида актиния и дало название этому ряду.

Третье семейство - тория - начинается с радиоактивного изотопа тория , также имеет в своем составе изотоп радия ( ), превращающийся в радиоактивный газ радон (220Rn). Этот изотоп радона 220Rn, учитывая его происхождение, называют тороном.

 


 

 

Все три радиоактивных семейства имеют одну особенность - наличие в цепочке распада радиоактивного газа радона, который в отличие от своих предшественников (уран, торий, радий), способен выйти из почвы наружу в атмосферный воздух. Сам радон в воздухе находится в атомарном состоянии, его атомы не присоединяются к ядрам конденсации, например, пылинкам или тяжелым ионам, поэтому сами непосредственно аэрозоли не образуют. Получившиеся из радона атомы Po, Bi, Pb притягиваются и прилипают к пылинкам, которые всегда присутствуют в воздухе. Таким образом, инертный газ за сравнительно короткое время превращается в тонкодисперсный аэрозоль, который прекрасно адсорбируется и в верхних дыхательных путях, и в альвеолярном отделе легких человека. Радиационная опасность вдыхаемой смеси радона и продуктов его распада более чем на 95 % обусловлена аэрозолями дочерних продуктов.

В наиболее значительной концентрации в воздухе находится радон 222Rn с продуктами его распада, слабо заметен торон (220Rn) со своими продуктами распада. Актинон же (219Rn) присутствует в воздухе в ничтожных количествах и практически не создает дозы внутреннего облучения.

Т.к. радон высвобождается из земной коры повсеместно, то образуется он и в грунте под жилыми и промышленными зданиями, поступая затем в подвальные и другие, более высоко расположенные помещения. Поэтому (хоть это и непривычно, на первый взгляд) основную часть дозы облучения от радона человек получает, находясь в закрытом помещении. Это усугубляется еще и тем, что радон выделяют почти все строительные материалы - производство и кирпича, и бетона основано на использовании глины, цемента, щебня и других материалов, полученных из различных месторождений и также содержащих радий.

Средняя концентрация радия в строительных материалах составляет примерно (30 - 50) Бк/кг, но существуют материалы, содержащие радий в значительно больших количествах: это бетоны на основе промышленных отходов, например, золы (до 3000 Бк/кг), фосфогипс (до 1500 Бк/кг), доменный шлак, хвостовые пески – отходы после добычи урановой руды и др.

 

 

Таблица 4.2

Содержание радона в жилых помещениях, обусловленное

различными источниками, Бк/м3

Источник Одноэтажный коттедж Многоэтажный дом
Почва
Наружный воздух
Строительные материалы
Вода (наземные источники) 1,3 1,3
Средняя наблюдаемая концентрация в помещении

 

В табл. 4.2 представлено содержание радона в одном из типичных жилых помещений, обусловленное различными источникам. Из данных табл. 4.2 видно, что основным источником радоновыделения в домах являются почва и стройматериалы. В среднем в кирпичных, каменных, бетонных зданиях мощность дозы в (2 ¸ 3) раза больше, чем в деревянных домах и в домах из синтетических материалов. Хотя радиационный контроль строительных материалов требует самого тщательного рассмотрения, не следует забывать, что главным источником радона в закрытых помещениях является грунт.

Искусственные аэрозоли, образующиеся при работе АЭС.При ядерной реакции деления в твэлах образуется большое число (около 600) радионуклидов – продуктов деления, которые в зависимости от физико-химического состояния можно разделить на следующие группы: благородные газы (аргон, ксенон, криптон), летучие соединения (йод) и нелетучие вещества (стронций, барий, цирконий, церий, лантан и т.д.). Газообразные продукты деления и летучие вещества через трещины и микротрещины в оболочках твэлов могут выходить наружу, в теплоноситель, а затем и в атмосферный воздух. Выходя из микротрещин твэлов, короткоживущие благородные газы продуктов деления распадаются и образуют мелкодисперсные радиоактивные аэрозоли: например, газообразный 137Хе с периодом полураспада 3,9 мин переходит в образующий радиоактивный аэрозоль 137Cs с периодом полураспада 30 лет, газообразный 90Kr (T1/2 = 33 с) - в создающий радиоактивный аэрозоль 90Sr (T1/2 = 28 лет), газообразный 140Хе (T1/2 = 16 с) в образующий радиоактивный аэрозоль 140Ва (T1/2 = 13 сут.) и т.д. Особо опасными являются радиоактивные изотопы йода, которые могут находиться частично в парообразной фазе, частично в виде тонкодисперсных аэрозолей.

Другим источником радиоактивных аэрозолей на АЭС являются радионуклиды, получающиеся при активации нейтронами примесей теплоносителя первого контура и конструкционных материалов активной зоны. Примеси теплоносителя первого контура, циркулирующего через активную зону реактора - это, в первую очередь, продукты коррозии внутренних поверхностей трубопроводов и различного оборудования первого контура, омываемого теплоносителем. При активации этих продуктов в теплоносителе образуются такие радионуклиды, как 51Cr, 54Mn, 58Со, 59Fe, 60Со, 65Zn, 95Zr, 110mAg.

Аэрозоли, содержащие радионуклиды, образующиеся при активации примесей теплоносителя, чаще всего появляются в воздухе помещений АЭС при плановых ремонтах и перегрузках топлива. При этих операциях (особенно при различных работах по зачистке, сварке и шлифовке труб) суммарная концентрация аэрозолей, обусловленных активацией, в реакторном помещении достигает (70 ¸ 3000) Бк/м3. Аэрозоли, возникающие при таких работах, крупнодисперсные (6 ¸ 12 мкм), и (60 – 80) % из них задерживаются в верхних дыхательных путях, часть их затем заглатывается, попадает в желудочно-кишечный тракт и потом выводится из организма. Именно эти аэрозоли, возникающие при ППР (планово-предупредительных ремонтах), чаще всего обнаруживаются на установках СИЧ (счетчик излучения человека), которые установлены на АЭС для контроля за содержанием радионуклидов, поступивших в организм человека. Концентрация радиоактивных аэрозолей, возникающих при выходе газообразных продуктов деления через микротрещины твэлов в помещения при нормальной работе АЭС очень мала и редко регистрируется установками СИЧ.

Типичный состав радиоактивных аэрозолей по активности радионуклидов в выбросе АЭС с РБМК-1000, проработавшей несколько лет, представлен в табл. 4.3. При аварийных ситуациях (нарушение целостности защитной оболочки тепловыделяющих элементов) существует реальная опасность загрязнения воздуха радиоактивными продуктами деления урана (144Ce, 144Pr, 90Sr -90Y, 89Sr, 140Ba, 140La, 95Zr, 95Nb и т.д.)

Таблица 4.3

Нуклидный состав аэрозолей выброса АЭС с РБМК-1000, % активности

Нуклид Сод., % Нуклид Сод., %
131J 16,5 59Fe 1,0
133J 16,5 137Cs 5,0
51Cr 42,0 134Cs 3,5
60Co 3,0 99Mo+99Tc 13,5
58Co 1,5 95Zr 2,0
54Mn 1,5 95Nb 1,5

Величина выбросов и их радионуклидный состав зависят от типа реактора, состояния активной зоны и оборудования (т.е. времени эксплуатации), эффективности очистки газообразных выбросов. Так, для реакторов ВВЭР величина выбросов инертных радиоактивных газов (ИРГ) примерно на порядок ниже, чем для реакторов РБМК. Это обусловлено тем, что у РБМК – один контур теплосъема, а у ВВЭР – два, причем первый (активный) контур замкнутый и герметичный – в нем радиоактивные вещества могут задерживаться на длительное время.

Радиоактивные аэрозоли на АЭС могут образоваться также в результате активации нейтронами неактивной пыли. Крупнодисперсная пыль, содержащая радиоактивные аэрозоли, возникает также в результате процессов выветривания кладки реактора при ее выветривании.

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.