Радиоактивные газы

В атмосферном воздухе радиоактивные изотопы при обычных усло­виях присутствуют в виде газа, пара или входят в состав газообраз­ных соединений. Их называют радиоактивными газами. Основными дозообразующими являются Н₃, С-14, Аr-41, Кр-85, I-131, R_n-222.

Тритий (H-3). В атмосферном воздухе может находиться в виде свободного газа или окислов, представляющих собой пары тритиевой воды.

Основным источником выброса в атмосферу трития являются заво­ды по регенерации ядерного горючего и ядерные реакторы, а также аварийные утечки тяжелой воды из технологического оборудования первого контура. Концентрация трития в воздухе в помещениях перво­го контура реактора достигает 1,6·10^-5 Ки/л, максимальный вы­брос в атмосферу трития – 114 Ки/сут.

Немаловажная роль в выбросах трития в окружающую среду при­надлежит заводам по получению трития для термоядерных зарядов. Возникновение трития в атмосферном воздухе под действием косми­ческого излучения имеет место на ядрах азота и кислорода в верхних слоях атмосферы, где он соединяется с кислородом воздуха, образуя сверхтяжелую воду. Общее содержание трития в биосфере земли со­ставляет около 1,8 кг. В атмосферном воздухе постоянно содержится около 11г трития (10⁵ Ки), в организме человека – около 10^-10 Ки.

Углерод (С-14). Радиоактивный углерод обычно находится в виде двуокиси углерода, так как имеет способность быстро окисляться. Он может образовы­ваться в ядерных реакторах в результате следующих реакций: ¹⁴N (n, р) ¹⁴С; ¹⁷О (n,α) ¹⁴С и ¹³С (n, γ) ¹⁴С, так как исходные ядра азота, кислорода и углерода в больших количествах присутствуют в замедли­теле, теплоносителе или в качестве примесей в конструкционных материалах. Например, на трубном варианте уран-графитового реактора графитовый замедлитель продувается постоянно азотом для уменьше­ния выгорания графита.

Важно знать исходные данные по скорости образования на ядерных реакторах радиоуглерода и мощности его выброса в атмосферу. Ежесуточно на 1 МВт тепловой мощности выбрасывается 0,75 мКи радиоактивного углерода на уран-графитовых реакторах и 0,25 мКи на реакторах с водяным теплоносителем.

Радиоактивный углерод также образуется в атмосфере в основном на ядрах азота под действием вторичных космических частиц, содержащих в своем составе нейтроны. ¹⁴С образуется в верхних слоях атмосферы, и, соединяясь с кислородом, превращается в двуокись углерода. Благодаря круговороту углерода в природе происходит постоянный обмен ¹⁴С между атмосферой, гидросферой, почвенным покровом и органическим миром. Одна часть углерода находится в осадочных породах и отложениях, угле, нефти (она практически не участвует в обменном процессе) и содержит 99,83% всего углерода (4800 г/см²) земной поверхности, которая равна 5,1·10¹⁸ см². Другая часть земного запаса углерода сосредоточена в уже упомянутом обменном бассейне (около 0,17%). Удельная активность естественного углерода составляет 14±1 распад/мин одного грамма углерода в резервуарах обменного бассейна. В теле стандартного человека – около 80 нКи ^l4C.

Аргон (Аr-41). Радиоактивный аргон-41 образуется при захвате нейтрона ядром Аr. Содержание его в воздухе равно 0,93 объемных процен­тов. Мощность выброса в атмосферу зависит от конструктивных осо­бенностей ядерных реакторов. Наибольший выброс в атмосферу (до 16000 Ки/сут) наблюдается на графитовых реакторах с воздушным охлаждением.

Выброс аргона в атмосферу создает проблему обеспечения радиационной защиты населения, проживающего вблизи ядерных реакторов.

Характерной особенностью ядерных реакторов является тот факт, что в подавляющем большинстве случаев радиоактивные изотопы осколочного происхождения присутствуют в вентиляционных газах, удаляемых в атмосферу. Концентрация их может колебаться в широких пределах, и она определяется в основном состоянием твэлов и типом реактора.

При подземных ядерных взрывах радиоактивные изотопы криптона, ксенона и йода в наибольших количествах по сравнению с другими продуктами деления выбрасываются в атмосферу. Интегральная мощность выброса радиоактивных газов может доходить до 1300 Ки/ч спустя 74 часа после взрыва.

Криптон (Кr-85). Радиоактивный криптон в общей массе атмосферы составляет 3,29·10⁴ кг весовых и 1,14·10^-4 объемных процентов. В земной атмосфере содержится 1,63·10¹³ кг криптона, в воде – около 2% его содержания в атмосфере. Это говорит о том, что он не удаляется из атмосферы. Следовательно, единственным фактором уменьшения радиоактивных газов в атмосфере является радиоактивный распад.

В атмосфере земли содержится около 10⁷Ки Кr-85. При взрыве атомной бомбы мощностью в 1 кг тринитротолуола образуется 3,9210²⁰ атомов Кr-85 (25,6 Ки). Основным источником загрязнения атмосферы криптоном являются радиохимические заводы по регенерации ядерного горючего.

В настоящее время концентрация Кг-85 в атмосферном воздухе составляет около 4,310^-12 Ки/л воздуха. При подземных ядерных взрывах радиоактивные изотопы криптона, ксенона и йода в наибольших коли­чествах по сравнению с другими продуктами деления выбрасываются в атмосферу.

Йод (I-131). Химическое состояние йода в атмосферном воздухе зависит от ус­ловий его образования, среды, в которую он поступает, ее темпера­туры и других факторов. Радиоактивный йод в воздухе присутствует в трех состояниях: в виде паров молекулярного йода; в виде аэрозолей; он входит в состав сложных соединений, которые по своей природе могут быть газообразными или твердыми веществами.