Естественная радиоактивность

Введение

 

Великий переворот в жизни человечества, связанный с внедрением ядерной энергии, открыл невиданные ранее возможности в решении многих проблем социального и экономического характера. В наши дни сфера приме­нения радиоактивных веществ и источников ионизирую­щих излучений весьма многогранна. Это — использова­ние радионуклидов в качестве так называемого мето­да меченых атомов с целью изучения закономерностей протекания процессов в различных сферах, осуществле­ние неразрушающего контроля структуры сплавов, каче­ства изделий, изменение физических и химических свойств различного рода материалов, стерилизация пе­ревязочных материалов и медицинских изделий, иссле­дования функционального состояния различных систем организма, лечение злокачественных новообразований и т. д.

Вместе с тем, являясь мощным средством техниче­ского прогресса, атомная энергия таит в себе огромную потенциальную опасность, которая может оказать вред­ное влияние на организм человека или нарушить нор­мальную жизнедеятельность людей.

Стремительно вошедшая в нашу жизнь атомная энергия и ее массовое использование вызвали необхо­димость установления надежного заслона возможности отрицательного влияния ионизирующего излучения на организм.

Свойства и особенности воздействия ионизирующего излучения на человека во многом определили специфи­ку разработки форм и методов защиты. Это, прежде всего, регламентирование радиационного фактора, раз­работка специального санитарно-гигиенического законо­дательства, системы профилактических мероприятий и подготовки квалифицированных кадров, правового ре­гулирования отношений, связанных с обеспечением ра­диационной безопасности различных групп населения, а также защиты окружающей среды от радиоактивного загрязнения.

Стремительное развитие ядерной энергетики, выпуска различного вида радиационной техники и приборов, резкое расширение производства радиоактивных изотопов еще острее ставят задачу радиационной защиты лиц, работающих в сфере действия радиации, и населения различных регионов страны.

Отечественная и мировая практика строительства в многолетней эксплуатации различного рода предприятий, производящих и эксплуатирующих источники иони­зирующих излучений, радиационной техники, особенно атомной энергетики, свидетельствует о том, что важнейшими задачами науки являются вопросы высокого уров­ня обеспечения безопасности, надежности и эффективно­сти их использования.

Беда, разразившаяся на Чернобыльской АЭС, при­ведшая к гибели людей и потребовавшая проведения в целях охраны здоровья населения эвакуации в безопас­ные районы, трагическая гибель космического корабля «Челенджер», инциденты на ядерном полигоне в Нева де, многочисленные аварии на атомных электростанци­ях США, Англии и других стран, радиационный инцидент в Бразилии еще раз показали, к чему может при вести неконтролируемая ядерная энергия, и подчеркнули значение человеческого фактора в наш технический век.

Как известно, в Республике Казахстан, в бывших республиках СССР уделяется большое внимание законодательному регулированию атомной энергии, безопасному ее применению, что в значительной степени способствует рациональному использованию энергии излучения в мирных целях. Следствием этого принципа является отражение в законодательных и нормативные документах требований по соблюдению безопасности при использовании атомной энергии, охраны жизни здоровья настоящего и будущего поколения, а также окружающей среды.

Ни одна достаточно широко используемая в настоя­щее время технология не может сравниться с радиаци­онной по полноте соблюдения предъявляемых к ней требований и нормативов. Это позволяет практически безгранично расширять диапазон решаемых задач, как обособленно, так и в комплексе с традиционными процессами и средствами (при высокой вероятности обеспечения радиационной безопасности населения).

В нашей стране уделяется большое внимание вопросам радиационной безопасности населения и экологическим аспектам. Это позволяет в условиях широкого использования ядерной энергии в различных отраслях народного хозяйства свести до минимума поступление радиоактивных веществ в окружающую среду. За от­носительно короткий период созданы благоприятные условия труда в сфере действия радиационного факто­ра. Величина радиационного воздействия на лиц, непос­редственно работающих с источниками ионизирующих излучений, не превышает допустимых значений.

Успехам в области радиаци­онной безопасности населения способствовала организа­ция специализированной системы санитарного надзо­ра — особого звена в системе органов государственного управления, осуществляющих контроль за обеспечением радиационной безопасности. В результате закономер­ного развития атомной промышленности возникла не­обходимость установления в масштабе страны единого специализированного контроля за радиационной без­опасностью персонала и населения.

Ядерная опасность

 

Ионизирующие излучения являются одним из экологических фак­торов, оказывающих непосредственное влияние на все процессы пре­образования окружающей среды.

Ионизирующие излучения - рентгеновские и тормозные лучи, аль­фа, бега, гамма-излучения, поток протонов, нейтронов, тяжелых час­тиц и другие, которые при взаимодействии с веществами обладают: проникающей способностью, вызывают процесс ионизации и оказы­вают биологическое действие, а также - потемнение фотопленки и све­чение некоторых веществ.

Радиоактивные вещества в огромном количестве образуются в ре­зультате ядерных взрывов. Ионизирующие излучения образуются в результате распада радиоактивных веществ.

Радиоактивные вещества находятся в окружающей среде и в нас. А большое количество радиоактивных веществ образуется в результате ядерных взрывов - воздушных, наземных и подземных, а также в слу­чаях катастроф на ядерных реакторах, атомных электростанциях, дру­гих ситуациях. В результате взрыва образуется радиоактивное облако с последующим следом. Происходит загрязнение окружающей среды радиоактивными веществами (радиоактивный дождь, радиоактивные осадки). Радиоактивное вещество - из самого понятия исходит, что оно активное. Активность его проявляется в том, что самопроизвольно рас­падается и при этом образуются излучения, новое вещество с выделением энергии. А почему оно распадается? Оно распадается потому, что оно неустойчиво. А неустойчиво потому, что ядро радиоактивно­го вещества перегружено нейтронами, что и делает его неустойчивым.

Ядерное оружие - оружие массового поражения, уничтожения и разрушения, действие которого основано на выделении при ядерном взрыве большого количества энергии в форме ударной волны, свето­вого и ионизирующего излучений, а также образования радиоак­тивных продуктов ядерного взрыва.

Ядерный взрыв - мощный взрыв, вызванный высвобождением ядерной энергии, либо при быстро развившейся цепной реакции де­ления тяжелых ядер, либо при термоядерной реакции синтеза ядер ге­лия на более легкие ядра.

Ядерный реактор: атомный реактор - устройство для осуществле­ния управления ядерной цепной реакцией деления. Первый ядерный реактор пущен в США в 1942 году.

Ядерная энергия: атомная энергия - внутренняя энергия атомов ядер, выделяющаяся при ядерных реакциях. Ядерная энергия основа­на на использовании цепных реакций деления ядер и реакции термо­ядерного синтеза.

Атомная электростанция (АЭС) - отрасль энергетики, использую­щая атомную энергию или ядерную. В Советском Союзе в 1943 году была создана лаборатория атомной энергии им. В. И. Курчатова, в которой в 1946 году был построен атомный реактор. Лаборатория в 1955 г. была переименована в Институт атомной энергии.

Ядерное излучение - первоначально частицы и гамма-кванты, ис­пускаемые при радиоактивном распаде ядер. В дальнейшем потоке частиц и гамма-излучения от ускорителей, заряженных частиц, ядер­ных реакторов и др., а также космическое излучение.

Ядерное топливо служит для получения энергии в ядерном реак­торе. Обычно представляет собой смесь веществ, содержащих как де­лящиеся ядра, так и ядра способные в результате нейтронной бом­бардировки образовывать делящиеся ядра.

СТРОЕНИЕ АТОМА

 

Атомная теория строения вещества зародилась еще в древней Греции. Большая заслуга в формулировке научной атомной гипотезы принадлежит В.М.Ломоносову. Он писал, что атом характеризуется определенной массой, обладает химическими свойствами, в молекулах атомы соединяются в определенных количественных отношениях. В 1913 г. датский физик Бор приняв за основу ядерную модель атома, дал подробную картину строения электронной оболочки атома. Он исходил из того, что поглощение и испускание света в атоме происходит отдельными порциями, квантами. Из положений Бора следует, что чем дальше от ядра находится электрон, тем большим запасом энергии он обладает. Атом, несмотря на свои ничтожные размеры 10"¹³ - 10"'² см представляет собой сложное образование. Атом представлен в виде ядра, состоящего из тяжелых элементарных частиц - нуклонов (протонов - имеющих положительный заряд, и нейтронов - не имеющих заряда), вокруг которого вращаются с большой скоростью элементарные частицы-электроны, несущие отрицательный заряд. Протоны и нейтроны в ядре прочно связаны между собой посредством сил ядерного сцепления. В нейтральном атоме суммарный заряд электронов по Величине равен суммарному заряду протонов. Электроны имеют отрицательный заряд и благодаря этому удерживают вблизи положительно заряженные ядра. Масса электрона ничтожно мала и составляет 1/1240 часть массы нуклона. Приобретение или потеря электрона атомом меняет его химические свойства, он неустойчив и легко вступает в химическую связь с другими атомами и молекулами и называется ионом. Массовое число атома определяется количеством протонов и нейтронов в ядре. Количество протонов для химических элементов является строго определенным и в таблице Менделеева оно указывает на порядковый номер. В ядрах атомов одного вещества количество нейтронов может быть различным и они называются изотопами. В таблице Менделеева они находятся в одной и той же клетке.

ДЕЛЕНИЕ ЯДЕР

После открытия нейтрона в 1932 г., а затем искусствен­ной радиоактивности в 1934 г. ученые увлеклись «совре­менной алхимией», т. е. созданием новых радиоактивных элементов под воздействием нейтронов.

Молодой еще в то время Ферми, стремясь получить новый неизвестный миру 93-й элемент, попытался облу­чить нейтронами уран—92-й элемент таблицы Менде­леева. Однако в результате захвата нейтронов ядрами урана образовался не один искусственно радиоактивный элемент, а по крайней мере целый десяток.

Природа задала человеку новую задачу. Можно считать, что с этого момента начался новый этап в развитии ядер­ной физики — возможность использования энергии, таив­шейся в недрах атома, стала реальностью.

Объяснение новому явлению дали Фредерик Жолио-Кюри и Лизе Мейтнер. Они показали, что в процессе облу­чения урана нейтронами происходит новый тип ядерной реакции — деление ядра урана на две примерно равные части (осколки). Энергия, выделяемая при этой реакции, составляет около 200 Мэв, т. е. в десятки раз больше, чем при обычных известных в то время ядерных реакциях.

Теория деления урана была разработана одновременно и независимо друг от друга советским ученым Френкелем и датским ученым Бором.

Особенность реакции деления урана состоит в том, что при каждом акте деления, помимо двух осколков, образу­ются два-три нейтрона, которые могут вызвать деление других ядер. При каждом из этих процессов освобождаются новые нейтроны, которые в свою очередь вызывают деление последующих ядер (рис). Таким образом один нейтрон может положить начало целой цепочке делений, при этом количество ядер, подвергшихся делению, лавинообразно нарастает, т. е. реакция деления урана развивается как цепная реакция. Например, доли секунды достаточно для того, чтобы разделились все ядра, содержащиеся в 1 кг урана (примерно 3 • 10²⁴ ядер). Энергия, выделяющаяся при этом, равна энергии, освобождаемой при взрыве 20 000 т тротила или при сжигании 2,5 тыс. т каменного угля.

При делении ядер урана примерно 83% энергии преоб­разуется в кинетическую энергию осколков; 3% связано с энергией g-квантов, которые образуются мгновенно при делении, и 3% уносится образующимися при делении нейт­ронами. Остальные 11% энергии выделяются постепенно в виде энергии (b-частиц и g-квантов в процессе радиоактив­ного распада ядер изотопов (осколков), образующихся при делении.

Рис. Цепная реакция деления урана.

На пути практического использования цепной реакции деления урана важное значение имело открытие советских физиков Г. Н. Флёрова и К- А. Петржака, которые в 1940 г. показали, что существует новый вид радиоактивности — самопроизвольное (спонтанное) деление ядер изотопа U²³⁵ с периодом полураспада Т— ~10¹⁷ лет. Таким образом для использования цепной реакции деления не нужны сто­ронние нейтроны: они образуются в уране вследствие спон­танного деления.

Цепная реакция деления может осуществляться под действием как быстрых, так и медленных нейтронов только при бомбардировке ядер изотопа U²³⁵. Природный уран представляет собой в основном смесь изотопов U²³⁸ и U²³⁸, причем содержание U²³⁵ составляет всего 0,7%. Ос­тальное — это изотоп U²³⁸. Поэтому для осуществления на практике цепной реакции необходимо разделить эти изото­пы, что является задачей хотя и разрешимой, но весьма сложной. Это связано с тем, что U²³⁸ может делиться толь­ко под действием нейтронов с энергией большей, чем энер­гия нейтронов, образующихся при делении U²³⁵. Таким образом, нейтроны, образующие при делении U²³⁶ с энергией порядка 1 Мэв, в основном рассеиваются ядрами U²³⁸, кото­рых значительно больше; энергия нейтронов постепенно убы­вает до тех пор, пока они не достигнут энергий, соответст­вующих так называемой резонансной области (примерно 1— 10 эв). В этой области энергий резко возрастает вероятность захвата нейтронов ядрами U²³⁸ по сравнению с U²³⁵. Начавшаяся в природном уране цепная реакция деления быстро затухает, поскольку нейтроны в основном захваты­ваются ядрами U²³⁸, не успев вызвать дальнейшего деле­ния ядер U²³⁵.,

При захвате нейтронов ядрами U²³⁸ образуется изотоп U²³⁹, который в процессе b-распада превращается в новый 93-й элемент Np²³⁹. Период полураспада U²³⁹ равен 23 мин.

Изотоп Np²³⁹ также является неустойчивым; в процессе b-распада (Т = 2, 3 дня) он превращается в элемент с атом­ным номером 94, названный плутонием:

Плутоний также радиоактивен: в процессе a-распада он превращается в изотоп U ²³⁵₉₂. Период полураспада плу­тония равен 24 000 лет.

Плутоний интересен в том отношении, что в нем под действием нейтронов, так же как и в U²³⁵, может происхо­дить цепная реакция деления. Таким образом, плутоний, наряду с U²³⁵, является ядерным горючим, которое слу­жит для получения атомной энергии.

Ядра урана или плутония, захватив нейтроны, могут разделиться различными способами (до 30—40). Массовые числа образующихся продуктов деления имеют значения от 72 до 158. Например, при делении образуются изотопы стронция, бария, лантана, цезия, иода, циркония, ниобия, аргона, ксенона и других элементов. Наиболее вероятно деление ядра на осколки с массовыми числами 95 и 139.

Большинство образующихся продуктов деления явля­ются нестабильными и в результате одного, а иногда и трех последовательных р -распадов превращаются в стабиль­ный изотоп. У некоторых продуктов деления этот распад сопровождается g-излучением. Периоды полураспада раз­личных продуктов деления изменяются в очень широких пределах: от долей секунды до многих тысяч лет.

РАДИАЦИОННЫЙ КОНТРОЛЬ

 

В учреждениях, где проводятся работы с радиоактивными вещест­вами или источниками ионизирующих излучений, должен осуществлять­ся радиационный дозиметрический контроль. В зависимости от объема и характера работ контроль проводится либо штатной службой радиа­ционной безопасности(в каждой смене), либо специально выделенным лицом.

Радиационный контроль должен быть организован так, чтобы в по­мещениях, где ведутся работы на стационарных установках с источниками с керма-эквивалентом более 2000 нГр*м/с (1 г-экв. Ra) на ускорителях заряженных частиц, с нейтронными источниками с выходом более 10⁹ нейтр./с, с делящимися материалами, а также на ядерных реакторах и критических сборках, были установлены дозиметрические приборы с автоматическими звуковыми и световыми сигнализирующими устройствами. При необходимости предусматривается сигнализация трех уровней: нормального, предварительного, аварийного.

При проведении оперативного дозиметрического контроля, согласно НРБ—76/87, следует руководствоваться допустимыми и контрольными уровнями. Объем контроля устанавливается в зависимости от до­зы b-, g-, n- и других излучений; содержанием газов и аэрозолей в воз­духе и радионуклидов в твердых и жидких отходах; выбросом радио­нуклидов в атмосферу; уровнем загрязнения радионуклидами поверхностей, кожных покровов и одежды, объектов внешней среды, транс­портных средств; индивидуальной дозой внешнего и внутреннего облу­чения. Результаты всех видов радиационного контроля должны храниться в течение 50 лет.

Персонал, работающий с делящимися веществами, на ядерных реакторах и критических сборках, а также в условиях непредвиденного аварийного облучения, должен быть обеспечен индивидуальными аварийными дозиметрами.

Персонал, для которого условия труда таковы, что доза не может превышать 1/3 ППД, не обязательно обеспечивать индивидуальными дозиметрами, позволяющими контролировать квартальную, годовую и дневную дозы внешнего облучения. Для этой группы осуществляется контроль мощности дозы внешнего излучения и объемной активности радионуклидов в воздухе рабочей зоны. Оценка облучения проводится по этим данным.

ВИДЫ РАДИАЦИИ

Основную часть облучения население земного шара получает от естественных источников радиации. Боль­шинство из них таковы, что избежать облучения от них совершенно невозмож­но. На протяжении всей истории сущест­вования Земли разные виды излучения падают на поверхность Земли из космоса и поступают от радиоактивных веществ, находящихся в земной коре. Человек подвергается облучению двумя способа­ми. Радиоактивные вещества могут на­ходиться вне организма и облучать его снаружи; в этом случае говорят о внеш­нем облучении. Или же они могут ока­заться в воздухе, которым дышит чело­век, в пище или в воде и попасть внутрь организма. Такой способ облучения на­зывают внутренним.

Облучению от естественных источни­ков радиации подвергается любой житель Земли, однако одни из них получают большие дозы, чем другие. Это зависит, в частности, от того, где они живут. Уровень радиации в некоторых местах земного шара, там, где залегают особен­но радиоактивные породы, оказывается значительно выше среднего, а в других местах - соответственно ниже. Доза об­лучения зависит также от образа жизни людей. Применение некоторых строитель­ных материалов, использование газа для приготовления пищи, открытых угольных жаровен, герметизация помещений и даже полеты на самолетах - все это увеличивает уровень облучения за счет естест­венных источников радиации.

Земные источники радиации в сумме ответственны за большую часть облуче­ния, которому подвергается человек за счет естественной радиации. В среднем они обеспечивают более ⁵/₆ годовой эффек­тивной эквивалентной дозы, получаемой населением, в основном вследствие внутреннего облучения. Остальную часть вносят космические лучи, главным обра­зом путем внешнего облучения. За последние несколько десятилетий человек создал несколько сотен искусст­венных радионуклидов и научился ис­пользовать энергию атома в самых разных целях: в медицине и для создания атомного оружия, для производства энергии и обнаружения пожаров, для изготовления светящихся циферблатов часов и поиска полезных ископаемых. Все это приводит к увеличению дозы облуче­ния как отдельных людей, так и населения Земли в целом.

Индивидуальные дозы, получаемые разными людьми от искусственных источ­ников радиации, сильно различаются. В большинстве случаев эти дозы весьма невелики, но иногда облучение за счет техногенных источников оказывается во много тысяч раз интенсивнее, чем за счет естественных.

Как правило, для техногенных источ­ников радиации упомянутая вариабель­ность выражена гораздо сильнее, чем для естественных. Кроме того, порождаемое ими излучение обычно легче контролиро­вать, хотя облучение, связанное с радио­активными осадками от ядерных взрывов, почти так же невозможно контролиро­вать, как и облучение, обусловленное космическими лучами или земными ис­точниками.

Ядерные взрывы

За последние 40 лет каждыйиз насподвергался облучению от радиоактивных осадков, которые образовались в резуль­тате ядерных взрывов. Речь идет не о тех радиоактивных осадках, которые выпали после бомбардировки Хиросимы и На­гасаки в 1945 году, а об осадках, связан­ных с испытанием ядерного оружия в атмосфере.

Максимум этих испытаний приходится на два периода: первый на 1954-1958 годы, когда взрывы проводили Велико­британия, США и СССР, и второй, более значительный, на 1961-1962 годы, когда их проводили в основном Соединенные Штаты и Советский Союз. Во время первого периода большую часть испыта­ний провели США, во время второго-СССР.

Эти страны в 1963 году подписали Договор об ограничении испытаний ядер­ного оружия, обязывающий не испыты­вать его в атмосфере, под водой и в космосе. С тех пор лишь Франция и Китай провели серию ядерных взрывов в атмосфере, причем мощность взрывов была существенно меньше, а сами ис­пытания проводились реже (последнее из них в 1980 году). Подземные испытания проводятся до сих пор, но они обычно не сопровождаются образованием радиоак­тивных осадков.

Часть радиоактивного материала вы­падает неподалеку от места испытания, какая-то часть задерживается в тропо­сфере (самом нижнем слое атмосферы), подхватывается ветром и перемещается на большие расстояния, оставаясь при­мерно на одной и той же широте. Находясь в воздухе в среднем около месяца (рис. 4.8), радиоактивные вещества во время этих перемещений постепенно выпадают на землю. Однако большая часть радиоактивного материала выбра­сывается в стратосферу (следующий слой атмосферы, лежащий на высоте 10-50 км), где он остается многие месяцы, медленно опускаясь и рассеиваясь по всей поверхности земного шара.

Радиоактивные осадки содержат не­сколько сотен различных радионуклидов, однако большинство из них имеет ни­чтожную концентрацию или быстро рас­падается; основной вклад в облучение человека дает лишь небольшое число радионуклидов. Вклад в ожидаемую коллективную эффективную эквивалент­ную дозу облучения населения от ядерных взрывов, превышающий 1 %, дают только четыре радионуклида. Это углерод-14, цезий-137, цирконий-95 и стронций-90.

Дозы облучения за счет этих и других радионуклидов различаются в разные периоды времени после взрыва, поскольку они распадаются с различной скоростью. Так, цирконий-95, период полураспада которого составляет 64 суток, уже не является источником облучения. Цезий-137 и стронций-90 имеют периоды полу­распада ~ 30 лет, поэтому они будут давать вклад в облучение приблизительно до конца этого века. И только углерод-14, у которого период полураспада равен 5730 годам, будет оставаться источником радиоактивного излучения (хотя и с низкой мощностью дозы) даже в отдален­ном будущем: в 2000 годуон потеряет лишь 7% своей активности.

Годовые дозы облучения четко корре­лируют с испытаниями ядерного оружия в атмосфере: их максимум приходится на те же периоды (рис. 4.9, 4.10 и 4.11). В 1963 году коллективная среднегодовая доза, связанная с ядерными испытаниями, составила около 7% дозы облучения от естественных источников; в 1966 году она уменьшилась до 2%, а в начале 80-х-до 1 %. Если испытания в атмосфере больше проводиться не будут, то годовые дозы облучения будут становиться все меньше и меньше.

Все приведенные цифры, конечно, являются средними. На Северное полуша­рие, где проводилось большинство ис­пытаний, выпала и большая часть радио­активных осадков. Пастухи на Крайнем Севере получают дозы облучения от цезия-137, в 100-1000 раз превышающие среднюю индивидуальную дозу для ос­тальной части населения (впрочем, они получают большие дозы и от естественных источников - цезий накапливается в ягеле и по цепи питания попадает в организм человека). К несчастью, те люди, которые находились недалеко от испытательных полигонов, получили в результате значи­тельные дозы; речь идет о части населения Маршалловых островов и команде япон­ского рыболовного судна, случайно проходившего неподалеку от места взрыва.

Суммарная ожидаемая коллективная эффективная эквивалентная доза от всех ядерных взрывов в атмосфере, произве­денных к настоящему времени, составляет 30000000 чел-Зв. К 1980 году человечест­во получило лишь 12% этой дозы,

остальную часть оно будет получать еще миллионы лет.

Атомная энергетика

Источником облучения, вокруг которого ведутся наиболее интенсивные споры, являются атомные электростанции, хотя в настоящее время они вносят весьма незначительный вклад в суммарное об­лучение населения. При нормальной работе ядерных установок выбросы ра­диоактивных материалов в окружающую среду очень невелики.

К концу 1984 года в 26 странах работало 345 ядерных реакторов, выра­батывающих электроэнергию. Их мощ­ность составляла 13% суммарной мощ­ности всех источников электроэнергии и была равна 220 ГВт (рис. 4.12). До сих пор каждые ~ 5 лет эта мощность удваива­лась, однако, сохранится ли такой темп роста в будущем, неясно. Оценки пред­полагаемой суммарной мощности атом­ных электростанций на конец века имеют постоянную тенденцию к снижению. Причины тому - экономический спад, реализация мер по экономии электро­энергии, а также противодействие со стороны общественности. Согласно по­следней оценке МАГАТЭ (1983г.), в 2000 году мощность атомных электростанций будет составлять 720-950 ГВт.

Атомные электростанции являются лишь частью ядерного топливного цикла, который начинается с добычи и обогаще­ния урановой руды. Следующий этап-производство ядерного топлива. Отрабо­танное в АЭС ядерное топливо иногда подвергают вторичной обработке, чтобы извлечь из него уран и плутоний. Заканчи­вается цикл, как правило, захоронением радиоактивных отходов.

На каждой стадии ядерного топлив­ного цикла в окружающую среду по­падают радиоактивные вещества. НКДАР оценил дозы, которые получает население на различных стадиях цикла за короткие промежутки времени и за многие сотни лет. Заметим, что проведение таких оценок очень сложное и трудоемкое мы по атомной энергетике. Однако полученные оценки, конечно же, нельзя безоговорочно применять к какой-либо конкретной установке. Ими следует поль­зоваться крайне осторожно, поскольку они зависят от многих специально огово­ренных в докладе НКДАР допущений.

Примерно половина всей урановой руды добывается открытым способом, а половина - шахтным. Добытую руду ве­зут на обогатительную фабрику, обычно расположенную неподалеку. И рудники, и обогатительные фабрики служат источ­ником загрязнения окружающей среды радиоактивными веществами. Если рас­сматривать лишь непродолжительные периоды времени, то можно считать, что почти все загрязнение связано с местами добычи урановой руды. Обогатительные же фабрики создают проблему долговременного загрязнения: в процессе пере­работки руды образуется огромное коли­чество отходов—«хвостов». Вблизи дейст­вующих обогатительных фабрик (в основ­ном в Северной Америке) уже скопилось 120 млн. т отходов, и если положение не изменится, к концу века эта величина возрастет до 500 млн. т.

Эти отходы будут оставаться радио­активными в течение миллионов лет, когда фабрика давно перестанет сущест­вовать. Таким образом, отходы являются главным долгоживущим источником об­лучения населения, связанным с атомной энергетикой. Однако их вклад в облучение можно значительно уменьшить, если отвалы заасфальтировать или покрытьихполивинилхлоридом. Конечно, покрытия необходимо будет регулярно менять.

Урановый концентрат, поступающий с обогатительной фабрики, подвергается дальнейшей переработке и очистке и на специальных заводах превращается в ядерное топливо. В результате такой переработки образуются газообразные и жидкие радиоактивные отходы, однако дозы облучения от них намного меньше, чем на других стадиях ядерного топлив­ного цикла.

Теперь ядерное топливо готово к использованию в ядерном реакторе. Су­ществует пять основных типов энергети­ческих реакторов: водо-водяные реакторы с водой под давлением (Pressurised Water Reactor, PWR), водо-водяные кипящие реакторы (Boiling Water Reactor, BWR), разработанные в США и наиболее распро­страненные в настоящее время; реакторы с газовым охлаждением, разработанные и применяющиеся в Великобритании и Франции; реакторы с тяжелой водой, широко распространенные в Канаде; водо-графитовые канальные реакторы, которые эксплуатируются только в СССР. Кроме реакторов этих пяти типов в Европе и СССР имеются также четыре реактора-размножителя на быстрых ней­тронах, которые представляют собой ядерные реакторы следующего поколе­ния.

Величина радиоактивных выбросов у разных реакторов колеблется в широких пределах: не только от одного типа реактора к другому и не только для разных конструкций реактора одного и того же типа, но также и для двух разных реакторов одной конструкции. Выбросы могут существенно различаться даже для одного и того же реактора в разные годы, потому что различаются объемы текущих ремонтных работ, во время которых и происходит большая часть выбросов.

В последнее время наблюдается тен­денция к уменьшению количества выбро­сов из ядерных реакторов, несмотря на увеличение мощности АЭС. Частично это связано с техническими усовершенствова­ниями, частично - с введением более стро­гих мер по радиационной защите.

В мировом масштабе примерно 10% использованного на АЭС ядерного топ­лива направляется на переработку для извлечения урана и плутония с целью повторного их использования. Сейчас имеются лишь три завода, где занимают­ся такой переработкой в промышленном масштабе: в Маркуле и Ла-Аге (Франция) и в Уиндскейле (Великобритания). Самым «чистым» является завод в Маркуле, на котором осуществляется особенно стро­гий контроль, поскольку его стоки по­падают в реку Рону. Отходы двух других заводов попадают в море, причем завод в Уиндскейле является гораздо большим источником загрязнения, хотя основная часть радиоактивных материалов попада­ет в окружающую среду не при переработ­ке, а в результате коррозии емкостей, в которых ядерное топливо хранится до переработки.

За период с 1975 по 1979 год на каждый гигаватт-год выработанной энер­гии уровень загрязнений от завода в Уиндскейле по b-активности примерно в 3,5 раза, а по a-активности в 75 раз превышал уровень загрязненийот завода в Ла-Аге.

С тех пор ситуация на заводе в Уиндскейле значительно улучшилась, однако в пересчете на единицу пере­работанного ядерного горючего это пред­приятие по-прежнему остается более «грязным», чем завод в Ла-Аге. Можно надеяться, что в будущем утечки на перерабатывающих предприятиях будут ниже, чем сейчас. Существуют проекты установок с очень низким уровнем утечки в воду, и НКДАР взял в качестве модельной установку, строительство ко­торой планируется в Уиндскейле.

Проблемы, связанные с последней стадией ядерного топливного цикла - захороне­нием высокоактивных отходов АЭС. Эти проблемы находятся в ведении прави­тельств соответствующих стран. В неко­торых странах ведутся исследования по отверждению отходов с целью последую­щего их захоронения в геологически стабильных районах на суше, на дне океана или в расположенных под ними пластах. Предполагается, что захоронен­ные таким образом радиоактивные отхо­ды не будут источником облучения насе­ления в обозримом будущем. НКДАР не оценивал ожидаемых доз облучения от таких отходов, однако в материалах по программе «Международная оценка ядер­ного топливного цикла» за 1979 год сделана попытка предсказать судьбу радиоактивных материалов, захоронен­ных под землей. Оценки показали, что заметное количество радиоактивных ве­ществ достигнет биосферы лишь спустя 10⁵-10⁶ лет.

По данным НКДАР, весь ядерный топливный цикл дает ожидаемую кол­лективную эффективную эквивалентную дозу облучения за счет короткоживущих изотопов около 5,5 чел-Зв на каждый гигаватт-год вырабатываемой на АЭС электроэнергии. Из них процесс добычи руды дает вклад 0,5 чел-Зв, ее обогащение-0.04 чел-Зв, производство ядерного топлива-0,002 чел-Зв, эксплу­атация ядерных реакторов - около 4 чел-Зв (наибольший вклад) и, наконец, про­цессы, связанные с. регенерацией топлива, -1 чел-Зв. Как уже отмечалось, данные по регенерации полученыизоценок ожидаемых утечек на заводах, которые предполагается построить в будущем. На самом же деле для современных установок эти цифры в 10-20 раз выше, но эти установки перерабаты­вают лишь 10% отработанного ядерного топлива, таким образом, приведенная выше оценка остается справедливой.

90% всей дозы облучения, обусловлен­ной короткоживущими изотопами, насе­ление получает в течение года после выброса, 98%-в течение 5 лет. Почти вся доза приходится на людей, живущих не далее нескольких тысяч километровотАЭС.

Ядерный топливный цикл сопровож­дается также образованием большого количества долгоживущих радионукли­дов, которые распространяются по всему земному шару. НКДАР оценивает кол­лективную эффективную ожидаемую эк­вивалентную дозу облучения такими изотопами в 670 чел-Зв на каждый гигаватт-год вырабатываемой электро­энергии, из которых на первые 500 лет после выброса приходится менее 3%.

Таким образом, от долгоживущих радионуклидов все население Земли получает примерно такую же средне­годовую дозу облучения, как и население, живущее вблизи АЭС, от короткоживу­щих радионуклидов, при этом долго-живущие изотопы оказывают свое воз­действие в течение гораздо более длитель­ного времени-90% всей дозы население получит за время от тысячи до сотен миллионов лет после выброса. Следова­тельно, люди, живущие вблизи АЭС, даже при нормальной работе реактора по­лучают всю дозу сполна от короткоживущих изотопов и малую часть дозы от долгоживущих.

Эти цифры не учитывают вклад в облучение от радиоактивных отходов, образующихся в результате переработки руды, и от отработанного топлива. Есть основания полагать, что в ближайшие несколько тысяч лет вклад радиоактив­ных захоронений в общую дозу облучения будет оставаться пренебрежимо малым, 0,1-1% от ожидаемой коллективной дозы для всего населения. Однако радиоактив­ные отвалы обогатительных фабрик, если их не изолировать соответствующим образом, без сомнения, создадут серьез­ные проблемы. Если учесть эти два дополнительных источника облучения, то для населения Земли ожидаемая кол­лективная эффективная эквивалентная доза облучения за счет долгоживущих радионуклидов составит около 4000 чел-Зв на каждый гигаватт-год вырабатывае­мой энергии. Все подобные оценки, однако, неизбежно оказываются ориенти­ровочными, поскольку трудно судить не только о будущей технологии переработ­ки отходов, численности населения и местах его проживания, но и о дозе, которая будет иметь место через 10000 лет. Поэтому НКДАР советует не слиш­ком полагаться на эти оценки при приня­тии каких-либо решений.

Годов