ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ ОБ АТОМЕ И РАДИАЦИИ
Источник информации — http://www.myatom.ru/mediafiles/u/files/Biblioteca/Interesnye_fakty.pdf
Санкт-Петербург
2009 год.
А. А. Акатов, Ю. С. Коряковский
© А. А. Акатов, Ю. С. Коряковский
© Верстка А. Костенко 2009 год.
© Дизайн обложки А. Костенко 2009 год.
© Оформление ООО «Bridge»
При реализации проекта используются средства государственной поддержки, выделенные в качестве гранта в соответствии с распоряжением Президента РФ 192-рп от 14 апреля 2008 года
Несколько фактов из книги "Интересные факты об атоме и радиации"
ПЕРВЫЕ В МИРЕ
Первая в мире атомная электростанция была построена в нашей стране
Уже в 1944 году руководитель советского атомного проекта Игорь Курчатов пытался убедить Иосифа Сталина в том, что «энергетические перспективы атомных котлов не менее существенны для государства, чем военные». Работы по созданию атомной электростанции начались в 1948 году, а 27 июня 1954 года СССР с гордостью объявил о запуске первой в мире АЭС в подмосковном г. Обнинске. Она имела мощность 5 МВт, вполне достаточную для удовлетворения потребностей города, и была остановлена 29 апреля 2002, проработав Обнинская АЭС 48 лет в безаварийном режиме.
Работы по мирному использованию энергии атома шли и в других странах. В 1956 году в Колдер-Холле (Великобритания) была введена в эксплуатацию первая АЭС промышленного назначения мощностью 46 МВт, а через год вступила в строй первая АЭС на американском континенте (60 МВт) в Шиппингпорте, США.
Сегодня на атомных станциях вырабатывается около 15 % электроэнергии, производимой всеми государствами мира. На 1 апреля 2009 года в мире действовало 436 энергоблоков общей мощностью 372 гигаватта, а в стадии строительства находилось 44 блока.
Первое в мире надводное судно с «ядерным двигателем» также было построено в нашей стране
5 декабря 1957 года атомный ледокол «Ленин» был спущен на воду, а 12 сентября 1959 года уже с верфи Адмиралтейского завода (Ленинград) он отправился на ходовые испытания. В составе Мурманского морского пароходства ледокол проработал 30 лет, исправно раскалывая арктические льды, и в 1989 году был поставлен на вечную стоянку в городе Мурманске. Сейчас на его борту создается музейная экспозиция.
Россия является единственным государством мира, эксплуатирующим атомный ледокольный флот
На сегодняшний день под управлением государственного предприятия ФГУП «Атомфлот» (входящего в Госкорпорацию «Росатом») находится 6 действующих атомных ледоколов: «Россия», «Советский Союз», «Таймыр», «Вайгач», «Ямал» и «50 лет Победы». Россия по праву гордится своим атомным ледокольным флотом, который обеспечивает доступ к богатствам Арктики, и поэтому по планам «Росатома» в 2010 году должен быть заложен атомный ледокол нового класса.
Россия остается лидером в области мирного использования энергии атома. В ближайшие годы на воду будет спущена первая в мире плавучая атомная электростанция (ПАТЭС), которая строится в Санкт-Петербурге. Подобные станции необходимы для снабжения электричеством труднодоступных районов Сибири и Дальнего Востока. Это революционное решение позволит сэкономить огромные средства, расходуемые на доставку топлива и строительных материалов. Первые ПАТЭС могут быть установлены близ Певека (Чукотка) и Вилючинска (Камчатка).
Россия – мировой лидер «быстрой» энергетики
Когда в ядро урана попадает нейтрон, в большинстве случаев, ядро распадается на осколки и 2-3 нейтрона, движущиеся с большой скоростью. Выделившиеся в ходе распада нейтроны имеют значительную энергию и их называют быстрыми. Перемещаясь в окружающей среде (в особенности в графите и воде), нейтроны теряют скорость и становятся медленными.
Обычные ядерные реакторы, в силу своего устройства и некоторых особенностей процесса деления ядер урана, работают на медленных нейтронах. Медленными (или тепловыми) называют нейтроны, кинетическая энергия которых сравнима с энергией движения атомов и молекул среды. Однако их «медленность» несколько условна: скорость движения такого нейтрона составляет несколько тысяч м/с, тем не менее, это движение хаотично, нейтрон постоянно соударяется с окружающими ядрами, пока не поглотится одним из ядер урана-235. Именно уран-235 эффективно делится на медленных нейтронах, но его в природной смеси изотопов маловато – всего 0,7%.
А вот уран-238 является основным природным изотопом урана – его около 99,3 %. Неужели этот изотоп никак нельзя использовать? Можно! Только для этого нужны быстрые нейтроны, движущиеся со скоростью более 200 миллионов м/с. Но в обычном реакторе используются материалы (вода, графит), которые эффективно замедляют нейтроны. Нужно от них избавиться, поскольку в замедлителе необходимость отпадает. Но как обойтись без воды, если она является теплоносителем? Можно заменить ее легкоплавким металлом (например, натрием или свинцово-висмутовой смесью) или вообще газом. Металл прекрасно справится с функцией отбора тепла от разогретого ядерного топлива и передаст его воде смежного контура. В чем основное преимущество подобного реактора? Мы получаем возможность использования урана-238, которого в 140 раз больше, чем урана-235. По современным оценкам, топлива для современной (тепловой) атомной энергетики осталось на 80 лет. Но если мы построим достаточное количество реакторов на быстрых нейтронах, то запасов урана хватит на 11000 лет! Кроме того, «быстрые» реакторы позволяют использовать торий, количество которого на Земле, по разным оценкам, превышает запасы урана в 3-5 раз! Таким образом, природа дала нам в руки мощнейшие энергетические активы и нужно научиться их использовать.
Мировое сообщество пока только обдумывает эти перспективы. Попытки эксплуатации промышленного «быстрого» реактора в США и Франции завершились неудачей, а Россия вот уже 29 лет в безаварийном режиме эксплуатирует блок на быстрых нейтронах БН-600 (Белоярская АЭС, Свердловская область).
«Быстрые» реакторы должны стать основой новой ядерной энергетики. России нельзя терять свои преимущества в этой сфере, поэтому в 2014 году на Белоярской АЭС планируется ввод в эксплуатацию более мощного блока БН-800, а после 2050 года должен начаться интенсивный переход на «быстрые» реакторы.
ЧЕЛОВЕК И РАДИАЦИЯ
Homo "Activus"
Человек «активный». Наше тело содержит радионуклиды. Понятие «радиоактивность» всегда окружала некоторая тайна, которая, как это чаще всего и происходит, порождала недоверие. Даже сейчас, когда радионуклиды нашли свое применение практически во всех отраслях экономики, к этому явлению сохраняется настороженное отношение. Правда, оно приобрело некоторый оттенок «антропогенности»: многие вполне серьезно считают радиоактивность результатом манипуляций человека с природными объектами. Но так ли это на самом деле?
Конечно, нет. Радиоактивность – это совершенно естественное явление, присущее материи с момента появления Вселенной. Некоторые более легкие элементы оказались устойчивыми, а более тяжелые – нестабильными. На сегодняшний день существует весьма спорная гипотеза, что все известные элементы радиоактивны, но распадаются с разной скоростью: тяжелые – быстрее, легкие медленнее, причем настолько медленнее, что нашим приборам не удается зафиксировать их радиоактивность. Однако это предположение пока не находит подтверждения.
Радиоактивные элементы и изотопы содержатся в земной коре и мантии. Это касается не только широко известных урана и тория (все изотопы этих элементов радиоактивны), но и некоторых изотопов стабильных элементов. Речь идет, в первую очередь, об изотопе калий-40, который встречается в любом объекте на Земле. Интересно, что калий-40 и некоторые другие радионуклиды называют реликтовыми. Это имя они получили потому, что из-за малой скорости распада (или, по-другому, из-за большого периода полураспада) они сохранились практически с момента взрыва Сверхновой, на месте которой образовалась Солнечная система.
Какова роль калия-40 на нашей планете? Возможно, что мантия Земли поддерживается в расплавленном состоянии именно благодаря ему, то есть разогревается теплом радиоактивного распада калия-40 и других радионуклидов. Во-вторых, калий-40 (наряду со своими «коллегами») вносил и вносит значимый вклад в естественный радиационный фон, т.е. жизнь на Земле развивалась в условиях постоянного радиационного воздействия. Опыты показывают, что при изоляции животных от естественной радиации наступает угнетение их активности (появляется вялость) и снижается репродуктивная функция. Поэтому природная радиоактивность жизненно важна и для человека. Стоит хотя бы вспомнить о благотворном воздействии на здоровье человека радоновых ванн.
Почему же мы уделили столько внимания всего одному изотопу? Дело в том, что он абсолютно идентичен по химическим свойствам нерадиоактивному калию – биогенному элементу, а значит, присутствует в нашем теле! В организме взрослого человека содержится около 170 г калия, из них 20 мг радиоактивного калия-40. Только благодаря этому радионуклиду в человеческом теле ежеминутно происходит около 300 тысяч радиоактивных распадов! Правда, других радионуклидов в нашем организме значительно меньше.
"Горячие точки"
На Земле есть места, в которых естественный радиационный фон значительно повышен.
Радионуклиды рассеяны в природе и содержатся в любом окружающем нас объекте, неважно живой он или неживой.
Излучение этих радионуклидов, наряду с космическим излучением, создает естественный радиационный фон. Мы уже привыкли к цифрам 10 -14 микрорентген в час (0,10-0,14 микрозиверт в час), и знаем, что это норма для большинства территорий.
Знаем и то, что на высоте 10 км (высота полета гражданских самолетов) атмосфера хуже защищает от космических лучей и поэтому фон там составляет 200-250 микрорентген в час (2,0-2,5 микрозиверт в час). Но не все в курсе, что на Земле есть места, в которых естественный фон значительно повышен, и это не создает для их обитателей никаких проблем.
Разберемся в причинах этого феномена.
Земными источниками излучений являются более 60 естественных радионуклидов. Основной вклад в дозу внешнего облучения вносят гамма-излучающие нуклиды радиоактивных семейств урана и тория, а также калий-40. В тех местностях, где содержание тория и урана в почве повышено, наблюдаются радиационные аномалии.
Вот примеры:
Франция – в ряде районов средний фон достигает 2 мкЗв/ч (в 20 раз больше «обычного» фона). В среднем 7 миллионов французов получают за год дозу естественного излучения, в 1,5-2 раза превышающую среднемировую.
Районы с таким уровнем радиации есть в Италии, США, Швеции, на Мадагаскаре, вулканических островах Тихого океана.
В России также есть территории с повышенным природным фоном – например, некоторые районы Алтая и Карелии.
Индия (штат Керала) – 7000 человек живут в районе со средним фоном 0,43 микрозиверта в час (мкЗв/ч). Здесь вдоль прибрежной полосы встречаются места выхода на поверхность монацитовых песков, содержащих около 10 % по массе тория-232 и продуктов его распада.
Более 100 тысяч жителей штатов Керала и Мадрас живут в условиях среднегодового фона 0,14-3,2 мкЗв/ч. Бразилия (штаты Эспириту-Санту и Рио-де-Жанейро) – вдоль Атлантического побережья мощность дозы колеблется от 1 до 10 мкЗв/ч, достигая на морских пляжах 20 мкЗв/ч.
Иран (г. Рамсер) – имеются участки, где мощность дозы из-за высокого содержания урана в воде колеблется от 0,7 до 50 мкЗв/ч.
Это далеко не все «горячие точки», но Вы видите, что для Земли они вполне естественны. Опасно ли проживание в таких регионах?
Согласно заключению ученых Всемирной и Панамериканской организации здравоохранения:
«… не выявлено влияние относительно повышенного фона на смертность от онкопатологии, на частоту врожденных аномалий, отклонений в физическом развитии, индекс плодовитости женщин, частоту наследственной патологии, детскую смертность, соотношение полов и частоту спонтанных абортов».
Более того, получение дополнительной дозы радиации может оказаться полезным для организма. Действительно, радиоактивные источники (например, радоновые ключи) дарят людям здоровье, способствуют снятию нервных напряжений, заживлению ран, излечению заболеваний опорно-двигательного или дыхательного аппарата.
Так что нет никаких оснований бояться перелетов или поездок в районы с повышенным природным фоном.