Механизм радиоактивного заражения местности

При наземном взрыве значительное количество радиоактивных продук­тов смешивается с расплавленным грунтом. Большая часть расплавленного грунта, остывая, образует на поверхности земли корку радиоактивного шлака. В зоне образования шлака наблюдается наиболее сильное заражение местно­сти. Часть расплавленного грунта, а также измельченный грунт из воронки взрыва и поднятая с поверхности земли пыль увлекаются восходящими пото­ками воздуха вверх, образуя мощный пылевой столб. При наземном взрыве пылевой столб с самого начала его образования соединен с облаком взрыва, в результате чего в облако вовлекается огромное количество грунта. Вначале температура в облаке достаточно высокая, и основная масса попавшего в него грунта расплавляется и перемешивается с радиоактивными веществами. При остывании облака образуется большое количество высокоактивных оплавленных частиц шарообразной формы с объемным распределением в них ос­колков деления. Эти частицы имеют различные размеры (до 1000 мк).

Рис. 25. Схема формирования следа радиоактивного облака наземного взрыва

Основную долю активности несут частицы средних и крупных разме­ров (100 – 600 мк). По мере остывания облака скорость его подъема уменьша­ется и частицы под действием силы тяжести начинают выпадать из него. Вы­падающие из облака радиоактивные частицы образуют под ним зараженный объем атмосферы, называемый шлейфом облака (рис. 25). Облако перено­сится ветром и постепенно рассеивается. По пути движения облака выпавшие радиоактивные частицы образуют на поверхности земли зону радиоактивного заражения местности – так называемый радиоактивный след облака. Линию, соединяющую точки с наибольшей степенью заражения на следе облака, на­зывают осью следа. На выпадающие радиоактивные частицы воздействует ветер, скорость и направление которого меняются с высотой и со временем. Поэтому конфигурация следа, его положение на местности, а также степень заражения местности на следе облака будут зависеть от характера ветра. Влияние ветра принято учитывать по так называемому среднему ветру в рай­оне взрыва. Средним ветром V_cp называют ветер, являющийся условно постоянным по скорости и направлению для всех слоев атмосферы в пределах от поверхности земли до высоты подъема верхней кромки облака взрыва.

След облака может иметь самую различную форму. При небо­ль­ших изменениях направления и скорости ветра по высоте и во времени след по форме близок к эллипсу, вытянутому по направлению среднего ветра (рис. 26).

При воздушном взрыве воронка и корка шлака на поверхности земли не образуются, а пылевой столб не соединяется с облаком взрыва. Поэтому практически все осколки деления при воздушном взрыве сосредоточены в об­лаке взрыва. Размеры частиц пыли, попадающих в облако при воздушных взрывах, значительно меньше, чем при наземных. Медленно оседая, такие частицы рассеиваются на большой площади, поэтому с увеличением высоты взрыва степень заражения местности уменьшается.

Рис. 26. Возможные формы следа радиоактивного облака: а. при неизменном направлении ветра на разных высотах; б. при слабом ветре;

в., г. и д. при различных скоростях и направлениях ветра на различных высотах

Радиоактивное заражение местности

при наземном ядерном взрыве

На местности, зараженной радиоактивными веществами, выделяют зо­ну заражения в районе взрыва и след облака (рис. 27). Заражение местности в районе взрыва обусловлено осколками деления ядерного горючего и наве­денной активностью грунта. Поэтому уровень радиации (под ним принято понимать мощность экспозиционной дозы на высоте 1 м от поверхности земли) в районе взрыва зависит не только от мощности взрыва, но и от химического состава грунта, в первую очередь от содержания алюминия, марганца и на­трия. Уровни радиации имеют максимальное значение в центре взрыва, а с увеличением расстояния от центра взрыва они быстро падают, и на расстоя­нии 1 – 2 км с наветренной стороны с заражением можно не считаться.

Размеры зараженного участка местности на следе облака несравненно больше, чем в районе взрыва. Длина следа может достигать сотен, а ширина – десятков километров.

Рис. 27. Зоны радиоактивного заражения при наземном взрыве

Время с момента взрыва до образования следа облака (время начала выпадения радиоактивных частиц) на расстоянии R (км) от центра взрыва при скорости среднего ветра V_cp (км/ч) приближенно определяется по формуле:

(1.62)

При наземных взрывах происходит плавное и непрерывное уменьшение уровня радиации на оси следа с увеличением расстояния от центра взрыва. В направлении, перпендикулярном оси следа, уровни радиации уменьшаются по мере удаления от оси.

Для практических расчетов можно считать, что уровень радиации на следе облака уменьшается в 10 раз через отрезки времени, кратные 7.

Например, если через 1 ч после взрыва уровень радиации был равен 1000 Р/ч, то через 7 ч он будет равен 100 Р/ч, через 7х7 = 49 ч (около двух су­ток) – 10 Р/ч, через 7х7х7 = 343 ч (примерно две недели) – 1 Р/ч и т.д. Вследст­вие того, что уровни радиации на следе облака быстро падают, дозы радиации в первые сутки после взрыва нарастают быстро, а затем все медленнее.

Так, например, за первые сутки накапливается около 46% от дозы за время полного распада радиоактивных веществ, за вторые сутки – около 9%, за третьи – 4%. Таким образом, первые сутки с момента образования следа являются наиболее опасными для пребывания людей на зараженной местно­сти.

Для оценки поражающего действия радиоактивного заражения на следе облака выделяются четыре зоны радиоактивного заражения – зоны А, Б, В, и Г (рис. 28). Основными характеристиками этих зон являются доза радиации за время полного распада радиоактивных веществ (D~), уровень радиации через 10 ч после взрыва и величина потерь в личном составе войск за счет внешнего облучения при действии в зонах в течение первых суток после образования зон.

Зона А – зона умеренного заражения. На внешней границе этой зоны доза за время полного распада радиоактивных веществ D~ = 40 Р, а уровень радиации через 10 ч после взрыва – 0,5 Р/ч. Открыто расположен­ный личный состав войск при действии в течение первых суток будет иметь потери до 15%, а при действии на автомобилях потерь не будет.

Зона Б – зона сильного заражения. На внешней границе этой зоны D~ = 400 , а уровень радиации через 10 ч после взрыва – 5 Р/ч. При действии в течение первых суток на автомобилях личный состав может иметь потери до 50%, а на бронетранспортерах – 5%.

Рис. 28. Зоны радиоактивного заражения на следе радиоактивного облака

Зона В – зона опасного заражения. На внешней границе этой зоны D~ = 1200 Р, а уровень радиации через 10 ч после взрыва – 15 Р/ч. Выход из строя личного состава, действующего на автомобилях, в течение первых су­ток может достигать 100%.

Зона Г – зона чрезвычайно опасного заражения. На внешней границе этой зоны D~ = 4000 Р, а уровень радиации через 10 ч после взрыва – 150 Р/ч. Личный состав, действующий в этой зоне в течение первых часов после зара­жения даже в танках, получит дозы радиации, при которых будут 100% потери.

Размеры зон радиоактивного заражения и величина радиационных по­терь определяются по таблицам справочников.

Влияние различных факторов на характер и степень

заражения местности

Степень радиоактивного заражения местности определяется главным образом мощностью и видом взрыва, а также метеорологическими условиями в период образования зон заражения. Кроме того, на характер и степень зара­жения местности влияют также тип грунта в районе взрыва, рельеф, лесные массивы и некоторые другие факторы.

Из метеорологических условий на заражение местности в основном оказывают влияние скорость, направление ветра и атмосферные осадки. Учет скорости и направления ветра, как было уже сказано, производится путем определения среднего ветра. Капли дождя или снежинки при падении захва­тывают радиоактивные частицы, ускоряют их выпадение на землю и тем са­мым увеличивают общее количество выпавших частиц. Поэтому степень за­ражения местности в условиях выпадения осадков может оказаться в не­сколько раз выше, чем в сухую погоду. При взрывах небольшой мощности, когда радиоактивное облако оказывается непосредственно в толще дождевых (снеговых) облаков, степень заражения местности может повышаться в 10 раз.

Тип грунта в районе взрыва на степени заражения местности более сильно сказывается при взрывах, сопровождающихся образованием воронки. При рассмотрении радиоактивного заражения местности все грунты условно делятся на связные (глина, суглинки, скальные грунты) и песчаные. При взрыве на песчаном грунте степень заражения местности на следе облака в среднем в 2,5 раза больше, чем при взрыве на связном грунте.

Рельеф местности практически не влияет на размеры общей пло­щади радиоактивного заражения, однако он обусловливает неравномерное зараже­ние отдельных участков. Так, например, на небольших возвышенностях (вы­сотой 30 – 70 м) уровень радиации на переднем скате (по отношению к движу­щемуся облаку) может увеличиваться, а на обратном – уменьшаться в 1,8 – 2 раза. Значительно большая неравномерность степени заражения местности может наблюдаться в горных районах.

Знание особенностей радиоактивного заражения на пересеченной мест­ности позволяет выбрать маршрут движения или участок местности для рас­положения подразделений так, что полученная личным составом доза радиа­ции будет на 20 – 30%, а иногда на 50% меньше дозы на равнинной местности.

Лесные массивы уменьшают уровень радиации в 2 – 3 раза в связи с тем, что выпадающая из облака взрыва радиоактивная пыль распределяется по объему крон деревьев, а излучение частично экранируется деревьями.

Поражающее действие радиоактивных веществ

и принципы защиты от них

Радиоактивные вещества, вызывающие заражение местности или дру­гих объектов, являются источником альфа-, бета-, гамма-излучений и дли­тельное время могут наносить поражения личному составу. Степень поражения зависит от величины дозы облучения, полученной личным составом на зараженной местности.

При внешнем облучении всего тела дозой гамма-излучения выше 100 рад за время, исчисляемое несколькими часами, у человека развивается луче­вая болезнь, не отличающаяся от той, которая возникает в результате воздей­ствия проникающей радиации при дозе свыше 100 рад в момент ядерного взрыва. Доза гамма-излучения на зараженной местности может быть получе­на и за длительное время, исчисляемое неделями и месяцами. При длитель­ном облучении про­исходят естественные восстановительные процессы в ор­га­ни­зме.

Таким образом, для определения степени поражения гамма-излучением на радиоактивно зараженной местности необходимо знать не только дозу, но и время, в течение которого она получена, т.е. остаточную дозу облуче­ния.

Радиоактивные вещества, выпавшие на местность и другие объекты, опасны не только гамма-излучением. При попадании радиоактивных веществ внутрь организма человека поражения наносятся за счет внутреннего облуче­ния. В этом случае альфа- и бета-частицы, обладающие большой ионизирую­щей способностью, облучают внутренние органы и поражают их, вызывая различные заболевания.

Многие радиоактивные изотопы элементов подобно их стабильным изотопам и химическим аналогам способны избирательно накапливаться в определенных органах человека, создавая таким образом большую дозовую нагрузку на данный орган. Например, йод накапливается в щитовидной желе­зе; плутоний, цирконий, стронций, барий – большей частью в костях; проме­тий, церий – в печени.

Картина лучевой болезни при внутреннем облучении напоминает луче­вую болезнь при внешнем облучении. Однако имеются характерные особен­ности. Вследствие того, что облучение отдельных органов неравномерно, развиваются местные воспалительные процессы. Период разгара болезни и восстановительный период при средних и тяжелых заболеваниях более продолжительны.

Радиоактивный йод-131, попав в организм, может серьезно нарушить функции щитовидной железы. Стронций-89 и стронций-90 накапливаются в костях, причем больше всего в позвоночнике. Бета-излучение стронция, воздействуя на костный мозг, разрушает его. В некоторых случаях бета-излучение стронция может вызывать развитие злокачественных опухолей.

Внутрь организма радиоактивные вещества могут попадать через орга­ны дыхания, желудочно-кишечный тракт, а также через открытые раны и ца­рапины.

При попадании радиоактивных веществ на кожу может произойти бета-ожог. Первый признак поражения кожи – ощущение зуда и жжения. Через два дня это ощущение исчезает. Через две-три недели на зараженных радиоак­тивными веществами участках тела выпадают волосы и появляются язвы. За­живают они в результате обычного лечения. Волосяной покров восстанавли­вается примерно через 6 месяцев.

Во избежание поражения личного состава, действующего на заражен­ной местности, установлены допустимые нормы внешнего облучения лично­го состава и заражения различных объектов (таблицы 14 и 15).

При действии войск на зараженной местности защита личного состава от по­ражения радиоактивными веществами достигается умелым использованием индивидуальных средств защиты, оборонительных сооружений и других ук­рытий; ограничением пребывания людей вне укрытий на местности с высо­кими уровнями радиации; организацией дозиметрического контроля облуче­ния; принятием мер, исключающих попадание радиоактивных веществ внутрь организма в случае приема пищи на зараженной местности; организа­цией отдыха личного состава в укрытиях и своевременной сменой войск, по­лучивших предельно допустимую дозу радиации; организацией санитарной обработки личного состава и дезактивации вооружения, техники, сооруже­ний, обмундирования и т.п.

В сухую погоду на местности с сильным пылеобразованием, а также зимой в метель при уровнях радиации более 0,5 Р/ч личный состав должен действовать в противогазах или респираторах.

Приготовление пищи на открытой местности допускается только при уровнях радиации не свыше 1 Р/ч, а прием пищи в открытых оборонительных сооружениях – при уровнях радиации не более 5 Р/ч.

Таблица 14

Дозы внешнего гамма-облучения,

не приводящие к выходу личного состава из строя

Характер облучения	Допустимая доза облучения, рад
Однократное облучение в течение первых четырех суток при любой мощности дозы	50
Многократное облучение в течение 10 – 30 суток	100
Многократное облучение в течение 3 месяцев	200
Суммарная доза облучения за год	300

Радиоактивное заражение местности представляет большую опасность для личного состава, но своевременно принятые меры по защите войск пол­ностью обеспечивают их постоянную боеспособность.

Таблица 15

Допустимые величины заражения радиоактивными веществами

различных поверхностей и объектов на военное время

Наименование объектов	Мощность экспозиционной дозы, мР/ч
Поверхность всего тела человека; лицевая часть противогаза; обмундирование, снаряжение, обувь, средства индивидуальной защиты; индивидуальное оружие	50
Боевая техника и техническое имущество (автотранспорт, самолеты, артиллерийские установки, минометы, ракетные комплексы)	200
Бронированные объекты (БТР, БМП, танки)	400

Особенности РЗМ при авариях ядерных энергетических установок

Длительные наблюдения за радиационной обстановкой в необслужи­ваемых и обслуживаемых помещениях АЭС показали, что запроектированная и сооруженная защита реактора и технологического оборудования обеспечи­вает нормальную радиационную обстановку в период всего времени эксплуа­тации АЭС. Однако вследствие появления протечек в оборудовании контура (при плановых и неплановых ремонтах, аварийных ситуациях и др.) возмож­но изменение радиационной обстановки в основных помещениях АЭС и ок­ружающей среде.

Характер радиоактивного загрязнения окружающей среды (местности) зависит от типа и масштабов аварии. Диапазон типов и масштабов аварий чрезвычайно широк – от локальной утечки в атмосферу ограниченного коли­чества радиоактивных газов до полного взрывного разрушения активной зо­ны реактора с выбросом во внешнюю среду огромного количества радиоак­тивных веществ, загрязняющих большие территории. В районе АЭС в резуль­тате такой аварии могут быть разбросаны радиоактивные фрагменты конст­рукций, куски твэлов (тепловыделяющих элементов) и т.п., создающие уровни радиации в десятки, сотни и тысячи рентген в час.

Само радиоактивное загрязнение местности как в районе аварийной АЭС, так и в зоне до нескольких десятков километров может быть крайне не­равномерным. Возможно образование локальных пятен, радионуклидный со­став которых может сильно различаться в результате фракционирования ра­дионуклидов при их выбросе и распространении.

Продукты аварий АЭС по сравнению с ПЯВ сильно обогащены долгоживущими радионуклидами. Степень обогащения тем выше, чем продолжи­тельнее работал реактор перед аварией.

На больших расстояниях от места аварии радиоактивное загрязнение становится более равномерным при соответствующем умень­шении уровня загрязнения.

При авариях космических объектов, содержащих ядерные материалы, несгоревшие фрагменты реакторов или изотопных батарей разбрасываются на большой территории и даже в масштабе целых континентов.

При ликвидации последствий аварий (как на АЭС, так и при космиче­ских авариях) должны осуществляться не только собственно радиационная разведка, т.е. измерение уровней радиации на местности, но и поиск локаль­ных радиоактивных источников. Желательно также проводить отбор и анализ проб на радионуклидный состав.

Для выработки и принятия эффективных мер защиты, особенно в слу­чаях радиационных аварий, при выявлении радиационной обстановки необ­ходимо знать радиационные характеристики продуктов, возникающих при работе реактора. Далее мы рассмотрим наиболее радиационно опасные про­дукты работы реактора: актиноиды, продукты деления, продукты активации, продукты коррозии.

Актиноиды. На современном этапе развития ядерной энергетики в ка­честве основного ядерного топлива используется природный уран.

Природный уран состоит из трех изотопов, при этом, где бы на нашей планете ни добывали уран, его изотопный состав всюду одинаков:

уран-238 99,2831% Т_1/2 = 4,51 · 10⁹ лет

уран-235 0,7115% Т_1/2 = 0,713 · 10⁹ лет

уран-234 0,0054% Т_1/2 = 27,0 · 10⁶ лет

Все изотопы урана спонтанно (самопроизвольно) распадаются с испус­канием альфа-частиц с энергией 4,5 – 4,8 МэВ.

Уран-234 является продуктом альфа-распада урана-238. Наряду с аль­фа-распадом все изотопы урана испытывают слабое спонтанное деление с выходом мгновенных нейтронов. Например, 1 кг урана-235 испускает до 5 нейтронов в 1 с.

Уран-235 является практически единственным природным изотопом, ядра атомов которого могут делиться под воздействием нейтронов любых энергий (начиная с тепловых) с выделением нейтронов деления, т.е. избы­точных нейтронов, необходимых для осуществления в реакторе управляемой цепной реакции. Однако в природном уране его содержится всего лишь ¹/₁₄₀ часть.

Большинство проектируемых и действующих АЭС с реакторами на те­пловых нейтронах работают на уране, обогащенном ураном-235, с обогаще­нием от 1,8 до 4,4%.

Поглощая тепловые нейтроны, естественный изотоп урана-235 перехо­дит в возбужденное составное ядро урана-236. Спустя короткое время (10^–14 с) оно распадается на два ядра осколка с испусканием от 2 до 3 нейтронов и высокоэнергетических гамма-квантов.

За счет (η,γ) реакций здесь возможен и процесс последовательных пре­вращений с образованием ряда актиноидов, не встречающихся в природе: уран-237; нептуний-237, -238; плутоний-238; плутоний-239; плутоний-241 и др.

Основная часть ядерного топлива – изотоп урана-238 (942,0 кг на 1 т топ­лива) – не делится под воздействием тепловых нейтронов. Но его ядро может захватывать эти нейтроны без последующего деления. При этом уран-238 превращается в атом нового делящегося элемента – плутония, не встречающе­гося в природе.

Подобным же образом ведет себя торий-232 – единственный изотоп этого элемента, встречающийся в природе. Если торий-232 поместить в активную зону, то под воздействием потока медленных нейтронов он не де­лится, но способен захватывать нейтроны и через промежуточную стадию образования и радиоактивного распада протактиния превращается в искусст­венный делящийся нуклид уран-233.

Следовательно, уран-235 является первоисточником нейтронов, необ­ходимых для преобразования природного урана-238 и тория-232 в делящееся вещество, т.е. является как бы "стартовым" топливом развивающейся атом­ной энергетики.

Образование изотопов плутония происходит и другими путями, отлич­ными от рассмотренных. Например, из накопившихся в твэлах трансплутониевых элементов – изотопов кюрия-242, -243, - 244, -245 при альфа-распаде получаются плутоний-238, -239, -240 и -241.

Одновременно с процессом рождения этих актиноидов идет и процесс их деления (выгорания), с образованием продуктов деления и сопутствующих альфа-, бета-, гамма- и нейтронного излучений.

В целом в результате (η,γ) и (η,2η) реакций, спонтанного испускания нейтронов и других реакций, а также радиоактивных превращений в твэлах накапливается более 50 актиноидов – изотопов урана, нептуния, плутония, америция, кюрия, берклия, калифорния, эйнштейния и фермия.

Остановимся на некоторых особенностях радиационных характеристик актиноидов. Большинство из них имеет сравнительно большой период полу­распада и, следовательно, относительно низкую удельную активность. Примерно ⁴/₅ из них являются альфа-излучателями и около ¹/₅ элек­тронными и позитронными излучателями. Актиноиды имеют сравнительно небольшой квантовый выход гамма-излучения с максимальной энергией не более 0,5 МэВ.

Средняя энергия гамма-квантов смеси актиноидов в 5 – 7 раз ниже сред­ней энергии гамма-квантов продуктов деления. Заметную долю в квантовый выход актиноидов вносит их фотонное излучение, энергия которого, как пра­вило, составляет 0,1 МэВ.

Продукты деления. Характерной особенностью деления тяжелых ядер урана-235, урана-233, плутония-239 тепловыми нейтронами является образо­вание двух ядер осколков, имеющих существенное различие по массе.

Отличительной особенностью ядерных энергетических реакторов явля­ется то, что, находясь в поле нейтронов работающего реактора, стабильные и некоторые радиоактивные продукты деления, в свою очередь, захватывают тепловые нейтроны, образуя новые радионуклиды и новые радиоактивные цепочки.

Таким образом, первичные продукты деления частично выгорают, а но­вые радионуклиды появляются в смеси. Их также целесообразно называть продуктами деления. Среди этих продуктов особое место занимает цезий-134. Его активность в облучаемых изделиях сравнима с активностью цезия-137 (нуклида чисто осколочного происхождения).

Все продукты деления образуются внутри таблеток ядерного топлива и в основном остаются в пределах объема таблетки. Небольшая часть продук­тов деления (менее 1% от суммарной активности) вследствие диффузии по­падает в пространство между таблеткой топлива и оболочкой твэла (в основ­ном это газообразные продукты деления).

В настоящее время при проектировании отечественных АЭС допуска­ется эксплуатация ЯЭУ с наличием в активной зоне до 1% твэлов с микро­трещинами и до 0,1% твэлов с макродефектами.

В зависимости от физико-химического состояния и особенностей пове­дения в технологических системах АЭС и окружающей среде продукты деле­ния разделяют на следующие группы:

1. Благородные газы (аргон, криптон, ксенон).

2. Летучие вещества (йод, цезий).

3. Тритий и углерод.

4. Нелетучие вещества (лантан, стронций, рубидий и др.).

По диффузионным свойствам или постоянной скорости выхода через дефекты в твэлах изотопы образуют следующий ряд: йод, ксенон, криптон, рубидий, цезий, бром, технеций, стронций, церий и др. Поэтому наиболее значительную роль в формировании радиационной обстановки в районе раз­мещения АЭС играют инертные (благородные) радиоактивные газы (РБГ) и изотопы йода.

В целом в состав радионуклидов осколочного происхождения входят 18 изотопов криптона, 15 изотопов ксенона, 20 изотопов йода. Однако многие из них имеют очень малый период полураспада (менее 1 мин) или вносят пренебрежимо малый вклад в суммарную активность радио­нуклидов данной группы. В основном это бета-, гамма-излучатели.

Радионуклиды, которые могут оказывать значительное воздействие на ок­ружающую среду при работе АЭС и других предприятий ядерного топливно­го цикла, принято называть биологически значимыми радионуклидами.

При нормальной работе АЭС к группе биологически значимых газооб­разных нуклидов относят те, период полураспада которых превышает не­сколько минут.

Суммарная активность изотопов йодов и РБГ в стационарном режиме работы реактора может достигать величины 5 – 6 · 10¹⁹ Бк. При этом удельная активность теплоносителя составит до 1,8 · 10⁹ Бк/л (с учетом процента выхо­да газовой активности из негерметичных твэлов в теплоноситель).

С точки зрения радиационной опасности для персонала АЭС и населения кроме нуклидов криптона, ксенона и йода наибольшее значение имеют радионуклиды стронций-89, стронций-90, цезий-134, цезий-137, а также цирконий-95, ниобий-95, церий-144, празеодим-143 и др.

В целом суммарная активность отработанного топлива в реакторе на всю загрузку по актиноидам и продуктам деления может достигать значения 4,2 · 10²⁰ Бк (1,2 · 10¹⁰ Ки). Активность теплоносителя по продуктам деления может достигать 3 · 10⁹ Бк/л (0,08 Ки/л), в том числе по РБГ – 1,5 · 10⁹ Бк/л (0,04 Ки/л). Значительный вклад (до 7,4 · 10⁸ Бк/л) в активность водного теплоносителя вносят короткоживущие изотопы рубидия-88 и -89; цезия-138 и -139, которые являются дочерними продуктами соответствующих изотопов криптона и ксенона.

Продукты активации. Некоторая часть оборудования контура находит­ся под воздействием интенсивного нейтронного облучения. Вследствие этого в материалах конструкции, в поверхностных отложениях, в массе циркули­рующего теплоносителя происходит образование и накопление радиоактив­ных продуктов неосколочного происхождения.

Источниками радиоактивности в результате активации являются:

– теплоноситель;

– примеси, присутствующие в теплоносителе во взвешенном или раство­ренном виде;

– продукты коррозии, эрозии и износа поверхностей контура;

– продукты деструкции ионообменных смол системы очистки;

– монтажные загрязнения;

– радиоактивные продукты, попадающие из одного контура в другой вследствие негерметичности системы; продукты деления, попадающие в теп­лоноситель в результате загрязнения наружной поверхности твэлов делящи­мися материалами или из негерметичных твэлов.

На АЭС с реакторами, охлаждаемыми водой высокой степени очистки, основная активность теплоносителя образуется в результате активации ки­слорода воды. При этом образуются радионуклиды азот-16, азот-13, фтор-18, которые являются бета- и гамма-излу­чателями.

Кроме того, возможна активация примесей, недостаточно полно уда­ленных в процессе водоподготовки. Это изотопы: натрий-23, калий-41, алюминий-27, аргон-40.

При использовании на АЭС в качестве теплоносителя первого контура металлов активность теплоносителя определяется активацией металла. На­пример, теплоноситель натрий активируется по реакции ₂₃Na(η,γ)₂₄Na.

В газообразных теплоносителях – углекислом газе, гелии, азо­те – основ­ной вклад в активность теплоносителя образуют реакции активации кислоро­да.

Продукты коррозии. Весьма важным источником активности теплоно­сителя всех реакторов являются продукты коррозии. В качестве конструкци­онного материала ядерных установок применяют в основном коррозионно-стойкие стали марки Х18Н10Т. Но даже эта сталь при температуре воды около 300°С коррозирует со ско­ростью до 0,001 мм/год, так что со всей поверхности ежедневно в теплоноси­тель может поступать до 100 г продуктов коррозии.

В большинстве случаев активация продуктов коррозии возникает за счет захвата тепловых нейтронов по реакции (η,γ), а изотопы железа, ко­бальта и никеля характеризуются активацией за счет воздействия быстрых нейтро­нов.

Основная доля радионуклидов, определяющих радиационную обста­новку за счет отложений продуктов коррозии на внутренних поверхностях контура, приходится на изотопы хром-51, марганец-54, кобальт-60 и кобальт-58, железо-59.

Радионуклид железо-59 образуется по реакции ₅₈Fe(η,γ)₅₉Fe (T_1/2 = =  45 сут, Е = 1,1 МэВ и 1,29 МэВ), присутствует в наибольшем (по сравнению с други­ми) количестве как в объеме теплоносителя, так и в отложениях в виде оки­слов железа. Примерно через полгода работы АЭС в стационарном режиме наступает равновесие между содержанием этого изотопа в теплоносителе и отложениях. Вклад излучения железа-59 в мощность дозы гамма-излучения быстро растет со временем, затем несколько снижается после достижения максимального значения и с установлением состояния равновесия остается практически неизменным. Радионуклиды кобальт-60 и кобальт-58 образуются реакциями ₅₉Со(η,γ)₆₀Со, ₆₀Ni(η,ρ)₆₀Co, ₅₈Ni(ηρ)₅₈Co и имеют период полураспада 5,27 года и 78 суток соответственно. При распаде испускаются гамма-кванты с энергией Е = 1,17 и 1,33 МэВ для кобальта-60 и Е = 0,511 и 0,81 МэВ для ко­бальта-58.

Объемная активность продуктов коррозии в теплоносителе первого контура может достигать 1 · 10⁷ Бк/л (3 · 10^–4 Ки/л). Активная пленка на поверхностях оборудования первого контура может иметь удельную активность до 10^–2 Ки/м². В целом вклад в мощность дозы гамма-излучения от продуктов коррозии определяется изотопами кобальта и может достигать от 40 до 90% в зависимости от содержания кобальта в материалах контура.

Таким образом, как при работающем, так и при остановленном реакто­ре все оборудование первого контура реакторного блока сохраняет высокую активность и создает мощные поля гамма-излу­чения за счет радионуклидов со средним и большим периодом полураспада. В особенности значителен вклад в поле излучения от рассмотренных выше продуктов деления и корро­зии (кобальт-60, кобальт-58, марганец-54, железо-59, хром-57).

Активность оборудования за пределами первого контура как во время работы, так и в период остановки реактора также определяется радионуклида­ми, попавшими в теплоноситель. На реакторе ВВЭР, например, к такому обо­рудованию относятся:

– всевозможные трубопроводы (сбора аварийных протечек, продувки первого контура, гидровыгрузки фильтров, газовых сдувок и др.);

– емкости (баки грязного конденсата и трапповых вод, емкости кубового остатка и хранилищ жидких радиоактивных отходов);

– установки с катионитовыми, анионитовыми или механическими фильт­рами.

Все внутрикорпусные устройства, находящиеся в поле нейтронов, со­храняют длительное время наведенную активность и представляют собой ис­точники повышенной опасности при демонтаже, обслуживании и ремонте.

Перечисленные обстоятельства необходимо учитывать при выполнении аварийно-спасательных работ подразделениями и частями ликвидации по­следствий, участвующими в работах на аварийном блоке.

В зависимости от класса аварии особое значение имеет решение задачи выявления радиационной обстановки, возникающей на площадке АЭС, в санитарно-защитной зоне и в 30-километровой зоне, что получило подтверждение на опыте аварии ЧАЭС.

Следует отметить, что достаточно полная оценка радиационной обста­новки при авариях по критериям радиационной опасности мирного времени может быть осуществлена только на основе данных, получаемых при ком­плексных измерениях одновременно по гамма-, бета- и альфа-излучениям. При проведении работ на местности, загрязненной ПЯВ, в большинстве случаев вполне достаточно регистрировать только гамма-излучение.

Контрольные вопросы

1. В чем заключаются особенности радиоактивного заражения как по­ражающего фактора?

2. Какие источники обусловливают радиоактивное заражение местно­сти?

3. От чего зависят характер и степень радиоактивного заражения мест­ности?

4. Какими единицами измеряется степень радиоактивного заражения местности и поверхности различных объектов?

5. От каких факторов зависят конфигурация и размеры следа радиоак­тивного облака и степень заражения местности на следе?

6. Назовите основные характеристики зон радиоактивного заражения.