Използване на радиоактивност за мирни цели. Приложения на радиоактивността

Радиоактивното лъчение се използва широко в диагностиката и лечението на заболявания.

За определяне на заболявания на щитовидната жлеза (с помощта на изотоп 131 I) се използва радионуклидна диагностика или, както се нарича, методът на етикетирания атом. Този метод също ви позволява да изследвате разпределението на кръвта и други биологични течности, да диагностицирате заболявания на сърцето и редица други органи.

Гама терапията е метод на лечение онкологични заболяванияизползвайки g-лъчение. За тази цел най-често се използват специални инсталации, наречени кобалтови пушки, в които като излъчващ изотоп се използва 66 Co. Използването на високоенергийно гама-лъчение позволява да се унищожат дълбоко разположените тумори, докато повърхностно разположените органи и тъкани са подложени на по-малко разрушителни ефекти.

Прилага се и радонова терапия: минерална водапродуктите, съдържащи него, се използват за въздействие върху кожата (радонови бани), храносмилателните органи (пиене) и дихателните органи (вдишване).

Алфа частиците се използват в комбинация с неутронни потоци за лечение на рак. В тумора се въвеждат елементи, чиито ядра под въздействието на неутронен поток предизвикват ядрена реакция с образуване на a-лъчение:

.

Така се образуват а-частици и ядра на отката в частта на органа, която трябва да бъде експонирана.

В съвременната медицина за диагностични цели се използва твърдо спирачно рентгеново лъчение, получено в ускорители и има висока енергиякванти (до няколко десетки MeV).

Дозиметрични уреди

Дозиметрични инструменти или дозиметри,са устройства за измерване на дози йонизиращо лъчение или зависими от дозата величини.

Структурно, дозиметри от детектор ядрена радиацияи измервателен уред. Те обикновено се градуират в единици доза или мощност на дозата. В някои случаи е предвидена аларма за превишаване зададена стойностмощност на дозата.

В зависимост от използвания детектор биват йонизационни, луминесцентни, полупроводникови, фотодозиметри и др.

Дозиметрите могат да бъдат предназначени за измерване на дози от определен вид радиация или да регистрират смесена радиация.

Дозиметри за измерване на експозиционната доза на рентгеновото и g-лъчение или неговата мощност се наричат Рентгенометри.

Те обикновено използват йонизационна камера като детектор. Зарядът, протичащ във веригата на камерата, е пропорционален на дозата на експозиция, а токът е пропорционален на нейната мощност.

Съставът на газа в йонизационните камери, както и материалът на стените, от които са съставени, е подбран така, че да се постигнат условия, идентични с абсорбцията на енергия в биологичните тъкани.

Всеки отделен дозиметър е миниатюрна цилиндрична камера, която е предварително заредена. В резултат на йонизация камерата се разрежда, което се записва от вграден в нея електрометър. Показанията му зависят от експозиционната доза йонизиращо лъчение.

Има дозиметри, чиито детектори са газомери.

За измерване на активността или концентрацията на радиоактивни изотопи, инструменти, наречени радиометри.

Общата блокова схема на всички дозиметри е подобна на тази, показана на фиг. 5. Ролята на сензор (измервателен преобразувател) се изпълнява от детектор на ядрено излъчване. Като изходни устройства могат да се използват стрелкови инструменти, записващи устройства, електромеханични броячи, звукови и светлинни аларми.

КОНТРОЛНИ ВЪПРОСИ

1. Какво се нарича радиоактивност? Назовете видовете и видовете радиоактивност радиоактивно разпадане.

2. Какво се нарича a-decay? Какви видове b-разпад има? Какво е g-лъчение?

3. Запишете основния закон на радиоактивното разпадане. Обяснете всички количества, включени във формулата.

4. Какво се нарича константа на разпадане? полуживот? Напишете формула, свързваща тези количества. Обяснете всички количества, включени във формулата.

5. Какъв ефект има йонизиращото лъчение върху биологичната тъкан?

7. Дайте определения и формули за погълнати, експозиционни и еквивалентни (биологични) дози на радиоактивно лъчение, техните мерни единици. Обяснете формулите.

8. Какъв е факторът за качество? От какво зависи качественият фактор? Дайте стойностите му за различни лъчения.

9. Какви методи за защита срещу йонизиращи лъчения съществуват?

Въведение…………………………………………………………………………………3

Приложение на радиоактивни източници в различни

сфери на човешката дейност………………………………………………………….3

Химическа индустрия

Градска икономика

Медицинска индустрия

Радиационна стерилизация на продукти и материали

Производство на радиоизотопни пейсмейкъри

Предсеитбено облъчване на семена и клубени

Радиоизотопна диагностика (въвеждане на радиоактивно лекарство в тялото)

Радиоактивни отпадъци, проблеми при тяхното погребване…………………..8

Липса на развитие на метода…………………………………………………………...12

Натиск от външни обстоятелства…………………………………………………………..13

Вземане на решение и технологична сложност на проблема………………………...13

Несигурност на концепцията…………………………………………………………...14

Използвана литература………………………………………………………….16

Въведение

В момента е трудно да се намери клон на науката, технологията, индустрията, селско стопанствои медицина, където не се използват източници на радиоактивност (радиоактивни изотопи). Изкуствените и естествени радиоактивни изотопи са мощен и фин инструмент за създаване на чувствителни методи за анализ и контрол в индустрията, уникален инструмент за медицинска диагностика и лечение на злокачествени туморни заболявания, ефективно средство за въздействие различни вещества, включително органични. Най-важните резултати са получени при използване на изотопи като източници на радиация. Създаването на инсталации с мощни източници на радиоактивно излъчване направи възможно използването им за наблюдение и контрол технологични процеси; техническа диагностика; лечение на човешки заболявания; получаване на нови свойства на веществата; преобразуване на енергията на разпад на радиоактивни вещества в топлина и електричество и др. Най-често за тези цели се използват изотопи като ⁶⁰CO, ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs и изотопи на плутоний. За да се предотврати разхерметизиране на източниците, те са обект на строги изисквания за механична, термична и корозионна устойчивост. Това осигурява гаранция за поддържане на херметичност през целия период на работа на източника.

Използването на радиоактивни източници в различни полетачовешка дейност.

Химическа индустрия

Радиационно-химична модификация на полиамидна тъкан за придаване на хидрофилни и антистатични свойства.

Модификация на текстилни материали за получаване на свойства, подобни на вълна.

Получаване на памучни тъкани с антимикробни свойства.

Радиационна модификация на кристал за производство на кристални продукти с различни цветове.

Радиационна вулканизация на гумено-тъканни материали.

Радиационна модификация на полиетиленовите тръби за повишаване на топлоустойчивостта и устойчивостта на агресивни среди.

Втвърдяване на бояджийски и лакови покрития върху различни повърхности.

Дървообработваща промишленост

В резултат на облъчване меката дървесина придобива значително ниска способност да абсорбира вода, висока стабилност на геометричните размери и по-висока твърдост (производство на мозаечен паркет).

Градска икономика

Радиационна обработка и дезинфекция на отпадъчни води.

Медицинска индустрия

Радиационна стерилизация на продукти и материали

Гамата от радиационно стерилизирани продукти включва над хиляда артикула, включително спринцовки за еднократна употреба, системи за кръвоснабдяване, медицински инструменти, конци и превързочни материали, различни протези, използвани в сърдечно-съдовата хирургия, травматологията и ортопедията. Основното предимство на радиационната стерилизация е, че тя може да се извършва непрекъснато при висока производителност. Подходящ за стерилизация на готови продукти, опаковани в транспортни контейнери или вторични опаковки, както и за стерилизация на термолабилни продукти и материали.

Производство на радиоизотопни пейсмейкърисъс захранвания на базата на ²³⁸Pu. Имплантирани в човешкото тяло, те се използват за лечение на различни нарушения на сърдечния ритъм, които не се поддават на медикаменти. Използването на радиоизотопен източник на енергия повишава тяхната надеждност, увеличава експлоатационния им живот до 20 години и връща пациентите към нормален живот чрез намаляване на броя на повторните операции за имплантиране на пейсмейкър.

Селско стопанство и хранително-вкусова промишленост

Селското стопанство е важна област на приложение на йонизиращо лъчение. Към днешна дата в практиката на селското стопанство и научно изследванеселскостопански профил, могат да се разграничат следните основни области на използване на радиоизотопите:

Облъчване на селскостопански обекти (предимно растения) с ниска доза с цел стимулиране на растежа и развитието им;

Приложение на йонизиращи лъчения за радиационен мутагенез и селекция на растения;

Използване на метода на радиационна стерилизация за борба с насекоми вредители по селскостопански растения.

Предсеитбено облъчване на семена и клубени(пшеница, ечемик, царевица, картофи, цвекло, моркови) води до подобряване на посевните качества на семената и грудките, ускоряване на процесите на развитие на растенията (ранност), повишава устойчивостта на растенията към неблагоприятни фактори на околната среда.

В областта на развъждането се провеждат изследвания за мутагенеза. Целта е да се подберат макромутации за създаване на високодобивни сортове. Интересните радиационни мутанти вече са получени за повече от 50 култури.

Използването на йонизиращо лъчение за стерилизиране на насекоми-вредители в елеватори и зърнохранилища може да намали загубите на реколта с до 20%.

Известенче йонизиращото γ-лъчение предотвратява покълването на картофи и лук, използва се за обезпаразитяване на сушени плодове, хранителни концентрати, забавя микробиологичното разваляне и удължава срока на годност на плодове, зеленчуци, месо и риба. Възможността за ускоряване на процесите на стареене на вина и коняк, промяна на скоростта на узряване на плодовете, премахване неприятна миризма лечебни води. В консервната промишленост (рибни, месни и млечни, зеленчукови и плодови) широко приложениеима стерилизация на консерви. Трябва да се отбележи, че изследване на облъчени хранителни продукти показа, че продуктите, облъчени с γ, са безвредни.

Проучихме използването на радиоизотопи, специфични за отделните индустрии. В допълнение, радиоизотопите се използват в индустрията за следните цели:

Измерване на нива на течни стопилки;

Измерване на плътности на течности и каши;

Броене на артикули в контейнер;

Измерване на дебелината на материали;

Измерване на дебелината на лед на самолети и други превозни средства;

Измерване на плътност и влажност на почви;

Безразрушителна γ-дефектоскопия на продуктови материали.

Радиоизотопните терапевтични устройства, както и клиничната радиоизотопна диагностика, са намерили клинична употреба директно в медицинската практика.

Усвоени са γ-терапевтични апарати за външно γ-облъчване. Тези устройства значително разшириха възможностите за дистанционна γ-терапия на тумори чрез използване на статични и мобилни опции за облъчване.

Използва се за специфични локализации на тумора различни опциии методи за лъчелечение. Устойчиви петгодишни излекувания за етапи 1, 2 и 3 бяха получени съответно в

90-95, 75-85 и 55-60% от пациентите. Положителната роля на лъчетерапията при лечението на рак на гърдата, белия дроб, хранопровода, устната кухина, ларинкса, Пикочен мехури други органи.

Радиоизотопна диагностика (въвеждане на радиоактивно лекарство в тялото)се превърна в неразделна част от диагностичния процес на всички етапи от развитието на заболяването или оценка на функционалното състояние на здравия организъм. Радиоизотопните диагностични изследвания могат да бъдат сведени до следните основни раздели:

Определяне на радиоактивността на цялото тяло, неговите части, отделни органи с цел идентифициране на патологичното състояние на органа;

Определяне на скоростта на движение на радиоактивно лекарство през отделни области на сърдечно-съдовата система;

Изследване на пространственото разпределение на радиоактивно лекарство в човешкото тяло за визуализация на органи, патологични образувания и др.

Сред най важни аспектидиагностиката включва патологични промени в сърдечно-съдовата система, своевременно откриване злокачествени новообразувания, оценка на състоянието на костната, хематопоетичната и лимфната системи на тялото, които са труднодостъпни обекти за изследване с помощта на традиционни клинични и инструментални методи.

Nay, маркиран с ¹³y, е въведен в клиничната практика за диагностика на заболявания на щитовидната жлеза; NaCe, маркиран с ²⁴Na за изследване на локален и общ кръвен поток;

Na₃PO₄, белязан с ³³P за изследване на процесите на натрупването му в пигментирани кожни образувания и други туморни образувания.

Водещо значение придоби диагностичният метод в неврологията и неврохирургията, използващ изотопите 4⁴Tc, ¹³³Xe и ¹⁶⁹Y. Необходим е за по-прецизна диагностика на мозъчните заболявания, както и на сърдечно-съдовата система. В нефрологията и урологията радиоактивни лекарства, съдържащи ¹³¹Y, ¹⁹⁷Hg,

¹6⁹Yb, 5¹Cr и ¹¹3Yn. Благодарение на въвеждането на радиоизотопни методи за изследване се подобри ранната заболеваемост на бъбреците и други органи.

Научните и приложните приложения на p/изотопите са много широки. Нека разгледаме няколко:

Практически интерес представлява използването на радиоизотопни електроцентрали (RPU) с електрическа мощност от няколко единици до стотици вата. Най-голямото практическо приложение е намерено в радиоизотопните термоелектрически генератори, в които преобразуването на енергията на радиоактивния разпад в електрическа енергия се извършва с помощта на термоелектрически преобразуватели; такива електроцентрали се характеризират с пълна автономност, способност да работят във всеки климатични условия, дълъг експлоатационен живот и експлоатационна надеждност.

Радиоизотопните източници на енергия осигуряват работа в автоматични системи метеорологични станции; в системите навигационно оборудванев отдалечени и необитаеми райони (електрическо захранване на фарове, указателни табели, навигационни светлини).

Благодарение на положителния опит от използването им при ниски температурни условия, стана възможно използването им в Антарктида.

Известно е също, че изотопни електроцентрали с ²¹ºPo са били използвани на превозни средства, движещи се по повърхността на Луната (лунни ровери).

Използването на r/a изотопи в научните изследвания не може да бъде надценено, тъй като всички практически методи произтичат от положителни резултати в изследванията.

Освен това си струва да се споменат такива много тесни специализации като борба с вредителите в древни предмети на изкуството, както и използването на естествени радиоактивни изотопи в радонови бани и кал по време на спа лечение.

В края на срока на експлоатация радиоактивните източници трябва да бъдат предадени по предписания начин в специални инсталации за преработка (кондициониране) с последващо погребване като радиоактивни отпадъци.

Радиоактивни отпадъци, проблеми на тяхното погребване

проблем радиоактивен отпадъке частен случай на общия проблем на замърсяването на околната среда от човешки отпадъци. Но в същото време подчертаната специфика на радиоактивните отпадъци изисква използването на специфични методи за осигуряване на безопасност за хората и биосферата.

Историческият опит в обработката на промишлени и битови отпадъци се формира в условия, когато осъзнаването на опасността от отпадъците и програмите за тяхното неутрализиране се основават на директни усещания. Възможностите на последния гарантират адекватността на осъзнаването на връзките между пряко възприеманите от сетивата въздействия и предстоящите последствия. Нивото на познания позволи да се представи логиката на механизмите на въздействието на отпадъците върху човека и биосферата, която доста точно съответства на реалните процеси. Практически развитите традиционни идеи за методите за неутрализиране на отпадъците исторически са се присъединили към качествено различни подходи, развити с откриването на микроорганизмите, формиращи не само емпирично, но и научно обосновани методическа подкрепабезопасността на човека и околната среда. В системите за медицина и социално управление са формирани съответните подсектори, например санитарни и епидемиологични въпроси, общинска хигиена и др.

С бързото развитие на химията и химическото производство в производството и битови отпадъцинови елементи, които преди това не са били включени в тях, се появяват в масови количества и химични съединения, включително такива, които не съществуват в природата. По мащаб това явление е станало сравнимо с естествените геохимични процеси. Човечеството се оказа изправено пред необходимостта да достигне друго ниво на оценка на проблема, където например трябва да се вземат предвид натрупващи се и забавени ефекти, методи за идентифициране на дозите на експозиция, необходимостта от използване на нови методи и специално високочувствително оборудване за откриване на опасност и т.н. да бъдат взети предвид.

Качествено различна опасност, макар и подобна на химическата по някои свои характеристики, донесе на хората "радиоактивност" , като феномен, който не се възприема пряко от човешките сетива, не се унищожава с известни на човечеството методи и като цяло все още е недостатъчно проучен: не може да се изключи откриването на нови свойства, въздействия и последствия от това явление. Следователно при формирането на общи и специфични научни и практически задачи „за премахване на опасността от радиоактивни отпадъци“ и по-специално при решаването на тези проблеми възникват постоянни трудности, показващи, че традиционната формулировка не отразява точно реалния, обективен характер на „проблем с радиоактивните отпадъци“. Идеологията на подобно твърдение обаче е широко разпространена в правни и неправни документи от национален и междудържавен характер, които, както може да се предположи, обхващат широк спектър от съвременни научни възгледи, направления, изследователска и практическа дейност; да вземе предвид разработките на всички известни местни и чуждестранни организации, занимаващи се с „проблема с РАО“.

С постановление на правителството на Руската федерация от 23 октомври 1995 г. № 1030 федералният целева програма„Управление на РАО и РАО ядрени материали, тяхното рециклиране и обезвреждане за 1996-2005 г.”

Радиоактивните отпадъци се разглеждат в него „като вещества, които не подлежат на по-нататъшна употреба (в никакъв случай агрегатно състояние), материали, продукти, оборудване, обекти от биологичен произход, в които съдържанието на радионуклиди надвишава установените нива регламенти. Програмата има специален раздел „Състояние на проблема“, съдържащ описание на конкретни обекти и обществени зони, където се извършва „управление на радиоактивни отпадъци“, както и общи количествени характеристики на „проблема с радиоактивните отпадъци“ в Русия.

„Големи количества натрупани некондиционирани радиоактивни отпадъци, недостатъчни технически средстваза да се гарантира безопасното управление на тези отпадъци и отработено ядрено гориво, липсата на надеждни съоръжения за съхранение за тяхното дългосрочно съхранение и (или) погребване увеличава риска от радиационни аварии и създава реална заплаха от радиоактивно замърсяване на околната среда, прекомерно облъчване на населението и персонала на организации и предприятия, чиято дейност е свързана с използване на атомна енергия и радиоактивни материали.

Основните източници на високоактивни радиоактивни отпадъци (РАО) са ядрената енергия (отработено ядрено гориво) и военните програми (плутоний от ядрени бойни глави, отработено гориво от транспортни реактори на ядрени подводници, течни отпадъци от радиохимични заводи и др.).

Възниква въпросът: трябва ли радиоактивните отпадъци да се разглеждат просто като отпадъци или като потенциален източник на енергия? От отговора на този въпрос зависи дали искаме да ги съхраним (в достъпен вид) или да ги заровим (т.е. да ги направим недостъпни). Общоприетият отговор сега е, че радиоактивните отпадъци наистина са отпадъци, с възможното изключение на плутония. Теоретично плутоният може да служи като източник на енергия, въпреки че технологията за генериране на енергия от него е сложна и доста опасна. Много страни, включително Русия и Съединените щати, сега са на кръстопът: да „пуснат“ плутониева технология, използвайки плутоний, освободен по време на разоръжаването, или да погребе този плутоний? Наскоро руското правителство и Минатом обявиха, че искат да преработват оръжеен плутоний заедно със Съединените щати; това означава възможност за разработване на плутониева енергия.

В продължение на 40 години учените сравняват възможностите за погребване на радиоактивни отпадъци. Основната идея е, че те трябва да бъдат поставени на такова място, че да не могат да влязат заобикаляща средаи навреди на човек. Тази способност да вредят на радиоактивните отпадъци се запазва в продължение на десетки и стотици хиляди години. Облъчено ядрено гориво,която извличаме от реактора съдържа радиоизотопи с полуживотот няколко часа до милион години (периодът на полуразпад е времето, през което количеството радиоактивно вещество намалява наполовина, а в някои случаи се появяват нови радиоактивни вещества). Но общата радиоактивност на отпадъците намалява значително с времето. За радия полуживотът е 1620 години и е лесно да се изчисли, че след 10 хиляди години ще остане около 1/50 от първоначалното количество радий. Правилата на повечето страни предвиждат безопасност на отпадъците за период от 10 хиляди години. Разбира се, това не означава, че след това време радиоактивните отпадъци вече няма да бъдат опасни: ние просто прехвърляме по-нататъшната отговорност за радиоактивните отпадъци към далечните поколения. За да направите това, е необходимо местата и формата на погребване на тези отпадъци да бъдат известни на потомството. Имайте предвид, че цялата писмена история на човечеството е на по-малко от 10 хиляди години. Предизвикателствата, които възникват по време на погребването на радиоактивни отпадъци, са безпрецедентни в историята на технологиите: хората никога не са си поставяли толкова дългосрочни цели.

Интересен аспект на проблема е, че е необходимо не само да се предпазят хората от отпадъците, но в същото време да се предпазят отпадъците от хората. През периода, определен за тяхното погребение, ще се сменят много социално-икономически формации. Не може да се изключи, че в дадена ситуация радиоактивните отпадъци могат да се превърнат в желана цел за терористите, цели за атака във военен конфликти така нататък. Ясно е, че като мислим за хилядолетия, не можем да разчитаме на, да речем, държавен контрол и защита - невъзможно е да се предвидят какви промени могат да настъпят. Може би е най-добре да направим отпадъците физически недостъпни за хората, въпреки че от друга страна това би затруднило нашите потомци да предприемат допълнителни мерки за сигурност.

Ясно е, че нито едно техническо решение, нито един изкуствен материал не може да „работи“ хиляди години. Очевидният извод е, че трябва сами да изолирате отпадъците. естествена среда. Бяха разгледани варианти: дълбоко заравяне на радиоактивни отпадъци океански падини, в дънни седименти на океаните, в полярни шапки;изпрати ги на пространство; сложете ги дълбоки слоеве на земната кора.Вече е общоприето, че оптималният начин е отпадъците да се заровят надълбоко геоложки образувания.

Ясно е, че твърдите радиоактивни отпадъци са по-малко склонни към проникване в околната среда (миграция), отколкото течните радиоактивни отпадъци. Следователно се предполага, че течните радиоактивни отпадъци първо ще бъдат превърнати в твърда форма (остъклени, превърнати в керамика и т.н.). Въпреки това в Русия все още се практикува инжектиране на течни високоактивни радиоактивни отпадъци в дълбоки подземни хоризонти (Красноярск, Томск, Димитровград).

В момента т.нар "многобариерен"или „дълбоко ешелонирана” концепция за погребение.Отпадъците първо се съдържат в матрица (стъкло, керамика, горивни пелети), след това в многофункционален контейнер (използван за транспортиране и изхвърляне), след това в сорбентен пълнеж около контейнерите и накрая в геоложката среда.

Така че ще се опитаме да погребваме радиоактивни отпадъци в дълбоки геоложки фракции. В същото време ни беше поставено условие: да покажем, че нашето погребение ще работи, както планираме, 10 хиляди години. Нека сега да видим какви проблеми ще срещнем по този път.

Първите проблеми възникват на етапа на избор на обекти за проучване.

В САЩ например нито един щат не го иска. Така че на територията му се намира национално гробище. Това доведе до факта, че с усилията на политиците много потенциално подходящи райони бяха зачеркнати от списъка не на базата на научен подход, а в резултат на политически игри.

Как изглежда в Русия? В момента в Русия все още е възможно да се изучават райони, без да се усеща значителен натиск от страна на местните власти (ако не включвате погребение в близост до градове!). Вярвам, че с нарастването на реалната независимост на регионите и субектите на Федерацията, ситуацията ще се измести към ситуацията на Съединените щати. Вече има тенденция Минатом да пренасочи дейността си към военни съоръжения, върху които практически няма контрол: например, архипелаг се предлага за създаване на гробище Нова Земя(Руски полигон № 1), въпреки че по геоложки параметри това е далеч от това най-доброто място, какво друго ще бъде обсъдено допълнително.

Но да приемем, че първият етап е приключил и сайтът е избран. Необходимо е да се проучи и да се даде прогноза за функционирането на погребението за 10 хиляди години. Тук се появява нов проблем.

Липса на развитие на метода.

Геологията е описателна наука. Някои клонове на геологията се занимават с прогнози (например инженерната геология прогнозира поведението на почвите по време на строителство и т.н.), но никога преди геологията не е имала за задача да прогнозира поведението на геоложките системи за десетки хиляди години. От дългогодишни изследвания в различни страни дори възникнаха съмнения дали е възможно повече или по-малко надеждна прогноза за такива периоди.

Нека си представим обаче, че успяхме да разработим разумен план за проучване на обекта. Ясно е, че изпълнението на този план ще отнеме много години: например планината Яка в Невада е изследвана повече от 15 години, но заключение за пригодността или неподходящостта на тази планина няма да бъде направено по-рано от 5 години . В същото време програмата за обезвреждане ще бъде под все по-голям натиск.

Натиск от външни обстоятелства.

В годините студена войнане е обърнато внимание на отпадъците; натрупани са, съхранявани са във временни контейнери, изгубени са и т.н. Пример е военното съоръжение Ханфорд (аналогично на нашия „Бийкън“), където има няколкостотин гигантски резервоара с течни отпадъци и за много от тях не се знае какво има вътре. Една проба струва 1 милион долара! Там, в Ханфорд, около веднъж месечно се откриват заровени и „забравени“ варели или кутии с отпадъци.

Като цяло през годините на развитие на ядрените технологии се натрупаха много отпадъци. Съоръженията за временно съхранение в много атомни електроцентрали са близо до запълване, а във военните комплекси те често са на ръба на повредата поради старост или дори след тази точка.

И така, проблемът с погребението изисква спешнорешения. Осъзнаването на тази неотложност става все по-остро, особено след като 430 енергийни реактора, стотици изследователски реактори, стотици транспортни реактори на атомни подводници, крайцери и ледоразбивачи продължават непрекъснато да натрупват радиоактивни отпадъци. Но хората с гръб към стената не измислят непременно най-добрите технически решения и е по-вероятно да направят грешки. Междувременно при решенията, свързани с ядрените технологии, грешките могат да струват много скъпо.

Нека накрая приемем, че сме похарчили 10-20 милиарда долара и 15-20 години в проучване на потенциален сайт. Време е да вземете решение. очевидно, идеални местане съществува на Земята и всяко място ще има положителни и отрицателни свойства от гледна точка на погребението. Очевидно ще трябва да решите дали положителните свойства превъзхождат отрицателните и дали тези положителни свойства осигуряват достатъчна сигурност.

Вземане на решение и технологична сложност на проблема

Проблемът с изхвърлянето е технически изключително сложен. Ето защо е много важно да има, първо, висококачествена наука, и второ, ефективно взаимодействие (както се казва в Америка - „интерфейс“) между науката и политиците, вземащи решения.

Руската концепция за подземно изолиране на радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво във вечно замръзнали скали е разработена в Института по индустриални технологии към Министерството на атомната енергия на Русия (VNIPIP). Одобрена е от Държавната екологична експертиза на екоминистерството и природни ресурсина Руската федерация, Министерството на здравеопазването на Руската федерация и Госатомнадзор на Руската федерация. Научната подкрепа за концепцията е осигурена от Департамента за наука за вечно замръзване на Москва държавен университет. Трябва да се отбележи, че тази концепция е уникална. Доколкото ми е известно, никоя страна в света не обмисля въпроса за заравяне на радиоактивни отпадъци във вечно замръзналата земя.

Основната идея е тази. Поставяме генериращите топлина отпадъци във вечната замръзналост и ги отделяме от скалите с непроницаема инженерна бариера. Поради отделянето на топлина вечната замръзналост около погребението започва да се размразява, но след известно време, когато отделянето на топлина намалее (поради разпадането на краткотрайни изотопи), скалите отново ще замръзнат. Следователно е достатъчно да се осигури непропускливостта на инженерните бариери за времето, когато вечната замръзналост се размрази; След замръзване миграцията на радионуклидите става невъзможна.

Концепция за несигурност

Има поне два сериозни проблема с тази концепция.

Първо, концепцията предполага, че замръзналите скали са непроницаеми за радионуклидите. На пръв поглед това изглежда разумно: цялата вода е замръзнала, ледът обикновено е неподвижен и не разтваря радионуклидите. Но ако внимателно проучите литературата, се оказва, че много химични елементи мигрират доста активно в замръзнали скали. Дори при температури от 10-12ºC в скалите има незамръзваща, така наречената филмова вода. Особено важно е, че свойствата на радиоактивните елементи, които изграждат радиоактивните отпадъци, от гледна точка на възможната им миграция във вечно замръзналата земя, изобщо не са изследвани. Следователно предположението, че замръзналите скали са непропускливи за радионуклиди, е лишено от основание.

Второ, дори ако се окаже, че вечната замръзналост наистина е добър изолатор на радиоактивни отпадъци, е невъзможно да се докаже, че самата вечна замръзналост ще издържи достатъчно дълго: нека припомним, че стандартите предвиждат погребване за период от 10 хиляди години. Известно е, че състоянието на вечната замръзналост се определя от климата, като двата най-важни параметъра са температурата на въздуха и количеството на атмосферни валежи. Както знаете, температурите на въздуха се повишават поради глобалните климатични промени. Най-високата скорост на затопляне се наблюдава в средните и високите ширини на северното полукълбо. Ясно е, че подобно затопляне трябва да доведе до размразяване на леда и намаляване на вечната замръзналост.

Изчисленията показват, че активното размразяване може да започне в рамките на 80-100 години, а скоростта на размразяване може да достигне 50 метра на век. Така замръзналите скали на Нова Земля могат да изчезнат напълно за 600-700 години, а това е само 6-7% от времето, необходимо за изолиране на отпадъците. Без вечна замръзналост карбонатни скалиНова Земля има много ниски изолационни свойства по отношение на радионуклидите.

Проблемът със съхранението и погребването на радиоактивни отпадъци (РАО) е най-важният и нерешен проблем на ядрената енергетика.

Все още никой в ​​света не знае къде и как да се съхраняват високорадиоактивни отпадъци, въпреки че се работи в тази насока. Засега говорим за обещаващи и в никакъв случай индустриални технологии за затваряне на високоактивни радиоактивни отпадъци в огнеупорни стъклени или керамични съединения. Не е ясно обаче как тези материали ще се държат под въздействието на радиоактивните отпадъци, съдържащи се в тях в продължение на милиони години. Такъв дълъг срок на годност се дължи на огромния период на полуразпад на редица радиоактивни елементи. Ясно е, че излизането им навън е неизбежно, тъй като материалът на контейнера, в който ще бъдат затворени, не „живее“ толкова много.

Всички технологии за преработка и съхранение на радиоактивни отпадъци са условни и съмнителни. И ако ядрените учени, както обикновено, оспорват този факт, тогава е редно да ги попитаме: „Къде е гаранцията, че всички съществуващи хранилища и гробища вече не са носители на радиоактивно замърсяване, тъй като всички наблюдения върху тях са скрити от обществеността?"

У нас има няколко гробища, но те се опитват да премълчават съществуването им. Най-големият се намира в района на Красноярск близо до Енисей, където са погребани отпадъците от повечето руски отпадъци. атомни електроцентралии серии за ядрени отпадъци европейски държави. При извършване на изследователска работа на това хранилище резултатите се оказаха положителни, но напоследъкНаблюденията показват нарушение на екосистемата на река Енисей, че са се появили риби-мутанти и структурата на водата в определени райони се е променила, въпреки че данните от научните изследвания са внимателно скрити.

В света погребването на високоактивни радиоактивни отпадъци все още не е извършено, има само опит в тяхното временно съхранение.

Библиография

1. Вершинин Н.В. Санитарни и технически изисквания за закрити източници на радиация.

В книгата. „Сборник с доклади от симпозиума”. М., Атомиздат, 1976

2. Фрумкин М. Л. и др.. Технологични основи на радиационната обработка на хранителни продукти. М., Хранителна промишленост, 1973 г

3. Брегер А. Х. Радиоактивни изотопи – източници на радиация в радиационно-химическата технология. Изотопи в СССР, 1975, № 44, стр. 23-29.

4. Перцовски Е. С., Сахаров Е. В. Радиоизотопни устройства в хранително-вкусовата, леката и целулозно-хартиената промишленост. М., Атомиздат, 1972

5. Воробьов Е. И., Победински М. Н. Есета за развитието на вътрешния радиационна медицина. М., Медицина, 1972

6. Избор на площадка за изграждане на хранилище за радиоактивни отпадъци. E.I.M., ЦНИИатоминформ, 1985, № 20.

7. Сегашно състояниепроблеми с погребването на радиоактивни отпадъци в САЩ. Ядрена технологияв чужбина, 1988, № 9.

8. Heinonen Dis, Disera F. Изхвърляне на ядрени отпадъци: процеси, протичащи в подземни хранилища: Бюлетин на МААЕ, Виена, 1985 г., том 27, № 2.

9. Геоложки проучвания на площадки за окончателно погребване на радиоактивни отпадъци: E.I.M.: ЦНИИатоминформ, 1987, № 38.

10. Бризгалова Р. В., Рогозин Ю. М., Синицина Г. С. и др.. Оценка на някои радиохимични и геохимични фактори, които определят локализацията на радионуклидите по време на погребването на радиоактивни отпадъци в геоложки образувания. Доклади на 6-ия симпозиум на СИВ, том 2, 1985 г.

Кое ядро ​​в радиоактивно вещество ще се разпадне първо, кое ще се разпадне след това и кое ще се разпадне последно? Физиците твърдят, че е невъзможно да се знае: разпадането на едно или друго радионуклидно ядро ​​е случайно събитие. В същото време поведението на радиоактивното вещество като цяло се подчинява на ясни модели.

Нека научим за полуживота

Ако вземете затворена стъклена колба, съдържаща определено количество радон-220, се оказва, че след около 56 s броят на радоновите атоми в колбата ще намалее наполовина, през следващите 56 s - с още една половина и т.н. , става ясно защо интервалът от време от 56 s се нарича период на полуразпад на Радон-220.

полуживотът T 1/2 е физична величина, която характеризира радионуклида и е равна на времето, през което се разпада половината от наличния брой ядра на даден радионуклид.

Време на полуразпад на някои радионуклиди

Единицата SI за полуживот е втора:

Всеки радионуклид има свой собствен период на полуразпад (виж таблицата).

Пробата съдържа 6,4 10 20 атома йод-131. Колко атома йод-131 ще има в пробата след 16 дни?

Ние определяме активността на радиоактивен източник

Както уран-238, така и радий-226 са α-радиоактивни (техните ядра могат спонтанно да се разпадат на α-частица и съответно дъщерно ядро).

От коя проба ще бъдат излъчени повече алфа частици за 1 s, ако броят на атомите на уран-238 и радий-226 е еднакъв?

Надяваме се, че сте отговорили правилно на въпроса и като вземем предвид, че периодите на полуразпад на тези радионуклиди се различават почти 3 милиона пъти, ние установихме, че през същото време ще се появят много повече α-разпади в радиева проба, отколкото в уран проба.

Физическа величина, числено равна на броя на разпадите, възникващи в радиоактивен източник за единица време, се нарича активност на радиоактивния източник.

Активността на радиоактивен източник се представя със символа A. Единицата за активност в SI е бекерел.

Ориз. 24.1. Графика на активността на радий-226 спрямо времето. Времето на полуразпад на радий-226 е 1600 години

История на откриването на изкуствени радиоактивни изотопи

Първият изкуствен радиоактивен изотоп (15P) е получен през 1934 г. от двойката Фредерик и Ирен Жолио-Кюри. Чрез облъчване на алуминий с алфа частици те наблюдават излъчването на неутрони, т.е. възниква следната ядрена реакция:

Италианският физик Енрико Ферми е известен с няколко постижения, но неговите най-висока награда — Нобелова награда- той получи за откриването на изкуствена радиоактивност, причинена от облъчване на материята с бавни неутрони. Днес методът на неутронно облъчване се използва широко в промишлеността за получаване на радиоактивни изотопи.

1 Bq е активността на радиоактивен източник, в който се случва 1 разпад за 1 s:

1 Bq е много ниска активност, така че те използват извънсистемна единица за активност - кюри (Ci):

На кои учени са кръстени тези единици? Какви открития са направили?

Ако една проба съдържа атоми само на един радионуклид, тогава активността на тази проба може да се определи по формулата:

където N е броят на радионуклидните атоми в пробата на този моментвреме; λ е константата на радиоактивно разпадане на радионуклид (физична величина, която е характеристика на радионуклид и е свързана с времето на полуразпад чрез връзката:

С течение на времето броят на неразпадналите радионуклидни ядра в радиоактивна проба намалява и следователно активността на пробата намалява (фиг. 24.1).

Научаваме за използването на радиоактивни изотопи

Наличието на радионуклиди в даден обект може да се открие чрез радиация. Вече разбрахте, че интензитетът на радиацията зависи от вида на радионуклида и неговото количество, което намалява с времето. Всичко това формира основата за използването на радиоактивни изотопи, които физиците са се научили да произвеждат изкуствено. Сега за всички химичен елемент, срещащи се в природата, са получени изкуствени радиоактивни изотопи.

Могат да се разграничат две направления за използване на радиоактивни изотопи.

Ориз. 24.2. За да разберете как растенията абсорбират фосфорните торове, към тези торове се добавя радиоактивен изотоп на фосфора, след което растенията се изследват за радиоактивност и се определя количеството на абсорбирания фосфор

Ориз. 24.3. Използване на γ-лъчение за лечение на рак. За да се предотврати унищожаването на γ-лъчи от здрави клетки, се използват няколко слаби лъча γ-лъчи, които се фокусират върху тумора

1. Използване на радиоактивни изотопи като индикатори. Радиоактивността е вид знак, с който можете да определите наличието на елемент, да наблюдавате поведението на елемента по време на физически и биологични процеси и т.н. (вижте например фиг. 24.2).

2. Използването на радиоактивни изотопи като източници на γ-лъчение (вижте например фиг. 24.3).

Нека да разгледаме няколко примера.

Откриваме как радиоактивните изотопи се използват за диагностициране на заболявания

Човешкото тяло има способността да натрупва определени химически вещества. Известно е например, че щитовидната жлеза натрупва йод, костен- фосфор, калций и стронций, черен дроб - някои багрила и др. Скоростта на натрупване на вещества зависи от здравето на органа. Например при болестта на Грейвс рязко се повишава активността на щитовидната жлеза.

Удобно е да се следи количеството йод в щитовидната жлеза с помощта на неговия γ-радиоактивен изотоп. Химични свойстварадиоактивният и стабилният йод не се различават, така че радиоактивният йод-131 ще се натрупва по същия начин като неговия стабилен изотоп. Ако щитовидната жлеза е нормална, тогава известно време след въвеждането на йод-131 в тялото, γ-лъчението от него ще има определена оптимална интензивност. Но ако щитовидната жлеза функционира необичайно, тогава интензивността на γ-лъчението ще бъде необичайно висока или, обратно, ниска. Подобен метод се използва за изследване на метаболизма в организма, идентифициране на тумори и др.

Ясно е, че с помощта на тези диагностични методи е необходимо внимателно да се дозира количеството радиоактивно лекарство, така че вътрешното облъчване да има минимално отрицателно въздействиевърху човешкото тяло.

Определяне на възрастта на древни предмети

Ориз. 24.4. Получен от младо дърво 1 g въглерод има активност от 14-15 Bq (излъчва 14-15 β-частици в секунда). 5700 години след смъртта на едно дърво, броят на β-разпаданията в секунда намалява наполовина

Ориз. 24.5. Най-разпространените медицински продукти: спринцовки, системи за кръвопреливане и др. се стерилизират старателно с помощта на γ-лъчение, преди да бъдат изпратени до потребителя.

Винаги има известно количество β-радиоактивен въглерод-14 (^C) в земната атмосфера, който се образува от азот в резултат ядрена реакцияс неутрони. Включени въглероден двуокистози изотоп се усвоява от растенията, а чрез тях и от животните. Докато едно животно или растение е живо, съдържанието на радиоактивен въглерод в него остава непроменено. След прекратяване на жизнената активност количеството на радиоактивния въглерод в тялото започва да намалява, а активността на β-лъчението също намалява. Като се знае, че времето на полуразпад на въглерод-14 е 5700 години, може да се определи възрастта на археологическите находки (Фигура 24.4).

Използваме γ-лъчение в технологиите

Гама дефектоскопите са от особено значение в технологиите, с помощта на които те проверяват например качеството на заварените съединения. Ако майсторът е заварил пантите към портата и е направил дефект, след известно време пантите ще паднат. Това е неприятно, но ситуацията е поправима. Но ако възникне дефект по време на заваряване на конструктивни елементи на моста или ядрен реактор, трагедията е неизбежна. Поради факта, че γ-лъчите се абсорбират по различен начин от твърда стомана и стомана с кухини, гама дефектоскопът „вижда“ пукнатини в метала и следователно открива дефекти на етапа на производство на конструкцията.

Унищожаване на микроби с радиация

Известно е, че определена доза радиация убива организмите. Но не всички организми са полезни за хората. Така че лекарите непрекъснато работят, за да се отърват от патогенните микроби. Запомнете: в болниците измиват пода със специални разтвори, облъчват стаята с ултравиолетова светлина, обработват медицински инструменти и т.н. Такива процедури се наричат ​​дезинфекция и стерилизация.

Характеристиките на γ-лъчение позволиха да се постави процесът на стерилизация на индустриална основа (фиг. 24.5). Такава стерилизация се извършва в специални инсталации

с надеждна защита срещу проникваща радиация. Изкуствено създадени изотопи на кобалт и цезий се използват като източник на γ-лъчи

Да се ​​научим да решаваме проблеми

Задача. Определете масата на радий-226, ако неговата активност е 5 Ci. Константата на радиоактивно разпадане на радий-226 е 1,37 · 10 11 s 1 .

Анализ на физичен проблем, търсене на математически модел

За да решим задачата, ще използваме формулата за определяне на активността: A = AN. Познавайки активността, намираме броя N на радиевите атоми. Масата на веществото може да се определи чрез умножаване на броя на атомите по масата на един атом: m = N ■ m 0 .

От курса по химия знаете:

1 мол вещество съдържа N A = 6,02 10 атома;

моларна маса на веществото (маса 1 mol).

Атомна маса

Нека обобщим

Времето, през което се разпада половината от наличния брой ядра на даден радионуклид, се нарича период на полуразпад T 1/2. Времето на полуразпад е характеристика на даден радионуклид. Физическа величина, която числено е равна на броя на разпадите, възникващи в даден радиоактивен източник за единица време, се нарича активност на радиоактивния източник. Ако източникът съдържа атоми само на един радионуклид, активността А на източника може да се определи по формулата A = AN, където N е броят на радионуклидните атоми в пробата; λ е константата на радиоактивно разпадане на радионуклида. Единицата за активност в SI е бекерел (Bq).

С течение на времето активността на радиоактивната проба намалява и това се използва за определяне на възрастта на археологическите находки.

Изкуствените изотопи се използват за стерилизация на медицински изделия, диагностика и лечение на заболявания, откриване на дефекти в метали и др.

Контролни въпроси

1. Определете полуживота. Какво характеризира това физическо количество? 2. Каква е активността на радиоактивния източник? 3. Каква е единицата за дейност в SI? 4. Как е постоянна активността на радионуклида, свързана с неговия радиоактивен разпад? 5. Променя ли се активността на радионуклидната проба с времето? Ако се промени, защо и как? 6. Дайте примери за използването на радиоактивни изотопи.

Упражнение No24

1. Има еднакъв брой ядра на Йода-131, Радон-220 и Уран-235. Кой радионуклид има най-дълъг полуживот? Коя проба има най-голяма активност в този момент? Обяснете отговора си.

2. Пробата съдържа 2 10 20 атома йод-131. Определете колко йодни ядра в пробата ще се разпаднат в рамките на един час. Активността на йод-131 през това време се счита за непроменена. Константата на радиоактивно разпадане на йод-131 е 9,98 · 10 -7 s -1.

3. Времето на полуразпад на радиоактивния въглерод-14 е 5700 години. Колко пъти е намалял броят на атомите въглерод-14 в бор, отсечен преди 17 100 години?

4. Определете времето на полуразпад на радионуклида, ако за интервал от време от 1,2 s броят на разпадналите се ядра възлиза на 75% от първоначалния им брой.

5. Радиоактивната проба в момента съдържа 0,05 мола радон-220. Определете активността на радон-220 в пробата.

6. Днес изследванията на метаболизма в човешкото тяло с помощта на радиоактивни изотопи се считат за едни от най-важните. По-специално се оказа, че за сравнително кратко време тялото е почти напълно възстановено. Използвайте допълнителни източници на информация, за да научите повече за тези проучвания.

Физика и технологии в Украйна

Национален научен център"Харковски физико-технологичен институт"

(KIPT) е световноизвестен научен център. Основан през 1928 г. по инициатива на академик А.Ф. Йофе като Украински физико-технологичен институт с цел изследвания в областта на ядрената физика и физиката на твърдото тяло.

Още през 1932 г. институтът постигна изключителен резултат - беше извършено разделянето на ядрото на атома на лития. По-късно в лабораторни условия са получени течен водород и хелий, построен е първият триизмерен радар и са извършени първите изследвания на високовакуумната технология, които послужиха като тласък за развитието на ново физическо и технологично направление - вакуумна металургия. Учените от института изиграха важна роля в решаването на проблемите с използването на атомната енергия.

IN различни годиниВ ННЦ KIPT са работили изключителни физици: И. В. Обреймов, Л. Д. Ландау, И. В. Курчатов, К. Д. Синелников, Л. В. Шубников, А. И. Лейпунски, Е. М. Лифшиц, И. М. Лифшиц, А. К. Валтер, Б. Г. Лазарев, Д. Д. Иваненко, А. И. Ахиезер, В. Е. Иванов, Я. Б. Файнберг, Д. В. Волков и др., създаден институтът научни школи, познат в целия свят.

Най-големият линеен ускорител на електрони в ОНД и набор от термоядрени комплекси „Ураган“ се намират в ННЦ ХФТИ.

Генерален директор на центъра е известният украински физик, академик на НАНУ Николай Федорович Шулга.

Това е материал от учебника

радиация облъчване с частици радон

Хората са се научили да използват радиацията за мирни цели, с високо нивосигурност, което ни позволи да издигнем почти всички индустрии на ново ниво.

Производство на енергия с помощта на атомни електроцентрали. От всички индустрии стопанска дейностчовешката енергия има най-много голямо влияниеза живота ни. Топлината и светлината в домовете, транспортните потоци и работата на индустрията - всичко това изисква енергия. Тази индустрия е една от най-бързо развиващите се. За 30 години общата мощност на атомните енергийни блокове се е увеличила от 5 хиляди на 23 милиона киловата.

Малко хора се съмняват, че ядрената енергия е заела силно място в енергийния баланс на човечеството.

Нека разгледаме използването на радиация при откриване на дефекти. Рентгеновата и гама дефектоскопията са едни от най-честите употреби на радиация в промишлеността за контрол на качеството на материалите. Рентгеновият метод е недеструктивен, така че изследваният материал след това да може да се използва по предназначение. Както рентгеновата, така и гама-дефектоскопията се основават на проникващата способност на рентгеновото лъчение и характеристиките на неговата абсорбция в материалите.

Гама-лъчението се използва за химически трансформации, например в процесите на полимеризация.

Може би една от най-важните развиващи се индустрии е ядрената медицина. Ядрената медицина е клон на медицината, свързан с използването на постиженията на ядрената физика, по-специално на радиоизотопите и др.

Днес нуклеарната медицина позволява да се изследват почти всички системи на човешки органи и се използва в неврологията, кардиологията, онкологията, ендокринологията, пулмологията и други области на медицината.

Чрез нуклеарномедицински методи се изследва кръвоснабдяването на органите, метаболизма на жлъчката, функцията на бъбреците, пикочния мехур и щитовидната жлеза.

Възможно е не само да се получат статични изображения, но и да се наслагват изображения, получени в различни точки във времето, за да се изследва динамиката. Тази техника се използва например при оценка на сърдечната функция.

В Русия вече активно се използват два вида диагностика с помощта на радиоизотопи - сцинтиграфия и позитронно-емисионна томография. Те ви позволяват да създавате пълни моделиработа на органи.

Лекарите смятат, че при ниски дози радиацията има стимулиращ ефект, тренирайки системата за биологична защита на човека.

Много курорти използват радонови бани, където нивото на радиация е малко по-високо, отколкото в естествени условия.

Беше забелязано, че тези, които приемат тези вани, подобряват работоспособността и се успокояват. нервна система, нараняванията заздравяват по-бързо.

Изследванията на чуждестранни учени показват, че заболеваемостта и смъртността от всички видове рак са по-ниски в райони с по-висок естествен радиационен фон (повечето слънчеви страни включват такива).