Газоохлаждаемый реактор на быстрых нейтронах Индуктивно-кондуктивные нагреватели для плавучей АЭС Главная проблема в развитии АЭС

Выдающаяся роль ак. Вернадского В.И., который, начиная с 1908 г. и до конца своей жизни (1945 г.), убежденно и настойчиво проводил в жизнь идею важнейшего значения атомной энергии в решении многих научных и технических проблем общества. Организовал первые 5 радиологических лабораторий в России, развернул полевые работы по поискам урана до революции. После Октября создал Радиевый институт. Со своими молодыми коллегами открыл и изучил в 30-х годах в Средней Азии первые промышленные месторождения урана. Сыграл ведущую роль в строительстве Радиевого завода (в 1938 г.) на базе руд Табошарского месторождения.

Воздействие радиации на ткани живого организма

    В органах и тканях биологических объектов как и в любой среде при облучении в результате поглощения энергии идут процессы ионизации и возбуждения атомов. Эти процессы лежат в основе биологического действия излучений. Его мерой служит количество поглощенной в организме энергии.

    В реакции организма на облучение можно выделить четыре фазы. Длительность первых трех быстрых фаз не превышает единиц микросекунд, в течение которых происходят различные молекулярные изменения. В четвертой медленной фазе эти изменения переходят в функциональные и структурные нарушения в клетках, органах и организме в целом.

    Первая, физическая фаза ионизации и возбуждения атомов длится 10-13 сек. Вo второй, химико-физической фазе, протекающей 10-10 сек образуются высокоактивные в химическом отношении радикалы, которые, взаимодействуя с различными соединениями, дают начало вторичным радикалам, имеющим значительно большие по сравнению с первичными сроки жизни. В третьей, химической фазе, длящейся 10-б сек, образовавшиеся радикалы, вступают в реакции с органическими молекулами клеток, что приводит к изменению биологических свойств молекул.

    Описанные процессы первых трех фаз являются первичными и определяют дальнейшее развитие лучевого поражения. В следующей за ними четвертой, биологической фазе химические изменения молекул преобразуются в клеточные изменения. Наиболее чувствительным к облучению является ядро клетки, а наибольшие последствия вызывает повреждение ДНК, содержащей наследственную информацию. В результате облучения в зависимости от величины поглощенной дозы клетка гибнет или становится неполноценной в функциональном отношении. Время протекания четвертой фазы очень различно и в зависимости от условий может растянуться на годы или даже на всю жизнь.

    Схематическое изображение проникающей способности различных излучений.

 Различные виды излучений характеризуются различной биологической эффективностью, что связано с отличиями в их проникающей способности и характером передачи энергии органам и тканям живого объекта, состоящего в основном из легких элементов

Химический состав мягкой ткани и костей в организме человека

Элемент

Заряд, Z

Процентное отношение по;весу

Мягкая ткань

кости

Водород

1

10.2

6.4

Углерод

6

12.3

27.8

Азот

7

3.5

2.7

Кислород

8

72.9

41.0

Натрий

11

0.08

-

Магний

12

0.02

0.2

Фосфор

15

0.2

7.0

Сера

16

0.5

0.2

Калий

19

0.3

-

Кальций

20

0.007

14.7

   Альфа-излучение имеет малую длину пробега частиц и характеризуется слабой проникающей способностью. Оно не может проникнуть сквозь кожные покровы. Пробег альфа-частиц с энергией 4 Мэв в воздухе составляет 2.5 см, а в биологической ткани лишь 31 мкм. Альфа-излучающие нуклиды представляют большую опасность при поступлении внутрь организма через органы дыхания и пищеварения, открытые раны и ожоговые поверхности.

     Бета-излучение обладает большей проникающей способностью. Пробег бета-частиц в воздухе может достигать нескольких метров, а в биологической ткани нескольких сантиметров. Так пробег электронов с энергией 4 Мэв в воздухе составляет 17.8 м, а в биологической ткани 2.6 см.

    Гамма-излучение имеет еще более высокую проникающую способность. Под его действием происходит облучение всего организма. 

 

Воздействие радиации на человека

  Эффекты воздействия радиации на человека обычно делятся на две категории
    1) Соматические (телесные) - возникающие в организме человека, который подвергался облучению.

    2) Генетические - связанные с повреждением генетического аппарата и проявляющиеся в следующем или последующих поколениях: это дети, внуки и более отдаленные потомки человека, подвергшегося облучению.

Радиационные эффекты облучения человека

Соматические эффекты

Генетические эффекты

Лучевая болезнь

Генные мутации

Локальные лучевые поражения

Хромосомные аберрации

Лейкозы

Опухоли разных органов

 Радиационные эффекты облучения человека. Различают пороговые (детерминированные) и стохастические эффекты. Первые возникают когда число клеток, погибших в результате облучения, потерявших способность воспроизводства или нормального функционирования, достигает критического значения, при котором заметно нарушаются функции пораженных органов. Зависимость тяжести нарушения от величины дозы облучения

Воздействие различных доз облучения на человеческий организм

Доза, Гр

Причина и результат воздействия

(0.7 - 2) 10-3

Доза от естественных источников в год

0.05

Предельно допустимая доза профессионального облучения в год

0.1

Уровень удвоения вероятности генных мутаций

0.25

Однократная доза оправданного риска в чрезвычайных обстоятельствах

1.0

Доза возникновения острой лучевой болезни

3- 5

Без лечения 50% облученных умирает в течение 1-2 месяцев вследствие нарушения деятельности клеток костного мозга

10 - 50

Смерть наступает через 1-2 недели вследствие поражений главным образом желудочно кишечного тракта

100

Смерть наступает через несколько часов или дней вследствие повреждения центральной нервной системы

    Хроническое облучение слабее действует на живой организм по сравнению с однократным облучением в той же дозе, что связано с постоянно идущими процессами восстановления радиационных повреждений. Считается, что примерно 90% радиационных повреждений восстанавливается.
    Стохастические (вероятностные) эффекты, такие как злокачественные новообразования, генетические нарушения, могут возникать при любых дозах облучения. С увеличением дозы повышается не тяжесть этих эффектов, а вероятность (риск) их появления. Для количественной оценки частоты возможных стохастических эффектов принята консервативная гипотеза о линейной беспороговой зависимости вероятности отдаленных последствий от дозы облучения с коэффициентом риска около 7 *10-2 /Зв.

Число случаев на 100 000 человек при индивидуальной дозе облучения 10 мЗв.

Категории
облучаемых

Смертельные
случаи рака

Несмертельные
случаи рака

Тяжелые
наследуемые
эффекты

Суммарный
эффект:

Работающий
персонал

4.0

0.8

0.8

5.6

Все население *

5.0

1.0

1.3

7.3

   * Все население включает не только как правило здоровый работающий персонал, но и критические группы (дети, пожилые люди и т.д.)

    Радионуклиды накапливаются в органах неравномерно. В процессе обмена веществ в организме человека они замещают атомы стабильных элементов в различных структурах клеток, биологически активных соединениях, что приводит к высоким локальным дозам. При распаде радионуклида образуются изотопы химических элементов, принадлежащие соседним группам периодической системы, что может привести к разрыву химических связей и перестройке молекул. Эффект радиационного воздействия может проявиться совсем не в том месте, которое подвергалось облучению. Превышение дозы радиации может привести к угнетению иммунной системы организма и сделать его восприимчивым к различным заболеваниям. При облучении повышается также вероятность появления злокачественных опухолей.
    В таблице приведены сведения о накоплении некоторых радиоактивных элементов в организме человека.
    Организм при поступлении продуктов ядерного деления подвергается длительному, убывающему по интенсивности, облучению.
    Наиболее интенсивно облучаются органы, через которые поступили радионуклиды в организм (органы дыхания и пищеварения), а также щитовидная железа и печень. Дозы, поглощенные в них, на 1-3 порядка выше, чем в других органах и тканях. По способности концентрировать всосавшиеся продукты деления основные органы можно расположить в следующий ряд:

щитовидная железа > печень > скелет > мышцы.

    Так, в щитовидной железе накапливается до 30% всосавшихся продуктов деления, преимущественно радиоизотопов йода.
    По концентрации радионуклидов на втором месте после щитовидной железы находится печень. Доза облучения, полученная этим органом, преимущественно обусловлена радионуклидами 99Мо, 132Te,131I, 132I, 140Bа, 140Lа.

Органы максимального накопления радионуклидов.

Элемент

Наиболее чувствительный
орган или ткань.

Масса органа или ткани, кг

Доля полной дозы *

Водород

H

Все тело

70

1.0

Углерод

C

Все тело

70

1.0

Натрий

Все тело

70

1.0

Калий

К

Мышечная ткань

30

0.92

Стронций

Sr

Кость

7

0.7

Йод

I

Щитовидная железа

0.2

0.2

Цезий

Сs

Мышечная ткань

30

0.45

Барий

Ва

Кость

7

0.96

Радий

Кость

7

0.99

Торий

Тh

Кость

7

0.82

Уран

U

Почки

0.3

0.065

Плутоний

Рu

Кость

7

0.75

   * Относящаяся к данному органу доля полной дозы, полученной всем телом человека.

    Среди техногенных радионуклидов особого внимания заслуживают изотопы йода. Они обладают высокой химической активностью, способны интенсивно включаться в биологический круговорот и мигрировать по биологическим цепям, одним из звеньев которых может быть человек

    Основным начальным звеном многих пищевых цепей является загрязнение поверхности почвы и растений. Продукты питания животного происхождения - один из основных источников попадания радионуклидов к человеку.

    Исследования, охватившие примерно 100000 человек, переживших атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки, показывают, что рак - наиболее серьезное последствие облучения человека при малых дозах. Первыми среди раковых заболеваний, поражающих население, стоят лейкозы

Пути воздействия радиоактивных отходов АЭС на человека.

 Относительная среднестатистическая вероятность заболевания раком после получения однократной дозы в 1 рад (0.01 Гр) при равномерном облучении всего тела

 Распространенными видами рака под действием радиации являются рак молочной железы и рак щитовидной железы. Обе эти разновидности рака излечимы и оценки ООН показывают, что в случае рака щитовидной железы летальный исход наблюдается у одного человека из тысячи, облученных при индивидуальной поглощенной дозе один Грей.
     Данные по генетическим последствиям облучения весьма неопределенны. Ионизирующее излучение может порождать жизнеспособные клетки, которые будут передавать то или иное изменение из поколения в поколение. Однако анализ этот затруднен, так как примерно 10% всех новорожденных имеют те или иные генетические дефекты и трудно выделить случаи, обусловленные действием радиации. Экспертные оценки показывают, что хроническое облучение при дозе 1 Грей, полученной в течение 30 лет, приводит к появлению около 2000 случаев генетических заболеваний на каждый миллион новорожденных среди детей тех, кто подвергался облучению.
    В последние десятилетия процессы взаимодействия ионизирующих излучений с тканями человеческого организма были детально исследованы. В результате выработаны нормы радиационной безопасности, отражающие действительную роль ионизирующих излучений с точки зрения их вреда для здоровья человека. При этом необходимо помнить, что всё это усреднённые, среднестатистические данные. Поэтому (только с целью иллюстрации) приведём некоторые более конкретные факты и цифры.

 Так, пассажир реактивного самолёта за 4 часа полёта получает в среднем дозу в 0,027 мЗв (2,7 мбэр), ибо уровень (или фон) космического излучения в салоне самолёта достигает 200 мкР/час и выше, в зависимости от высоты полёта. На высоте 12 тыс. м над уровнем моря уровень космического облучения достигает 5 мкЗв/час (500 мкР/час). Люди, живущие на высоте 2000 м над уровнем моря, получают дозу в 3-4 раза большую, чем живущие на уровне моря (без учёта "земной" радиации), так как на уровне моря "космический" фон составляет 0,03 мкЗв/час (3 мкР/час), а на указанной высоте - 0,1 мкЗв/час (10 мкР/час). Живущие на экваторе получают меньшую дозу, чем северяне, и т. д.

Также разнообразна картина и чисто "земной" радиации.

95% населения Франции, Германии, Италии, Японии и США (по данным ООН) живёт в местах, где мощность годовой дозы облучения колеблется от 0,3 до 0,6 мЗв (фон от 3-5 до 8-10 мкР/час); 3% населения получают в среднем 1 мЗв (11-15 мкР/час); 1,5% - более 1,4 мЗв (18-20 мкР/час). Но есть участки суши (в том числе и курорты) с постоянным проживанием населения, где уровень "земной" радиации в 600-800 раз выше среднего. Отдельные группы людей получают в год более 17 мЗв только от внешнего облучения "земной" радиацией, что в 50 раз больше средней годовой дозы внешнего облучения; часто находятся (временно проживают) в зонах, где уровень радиации достигает 175 мЗв/год (227 мкР/час) и т. д.

Энергетическая безопасность стала приоритетным направлением деятельности нашего государства. Важным ее элементом является опережающее развитие атомной энергетики. При этом впервые в ее истории тесно увязываются одновременное решение трех важнейших составляющих. Первой из них является эволюционное развитие реакторостроения и производства топлива, ориентированных на физическую безопасность, сочетаемые с расширением инновационных исследований и строительством реакторов на быстрых нейтронах.
Атомная энергетика