Аварии и катастрофы на радиационно-опасных объектах
Радиационно-опасными объектами (РОО) называют объекты, на которых хранят, перерабатывают, используют или транспортируют радиоактивные вещества и при аварии на которых (или их разрушении) может произойти облучение ионизирующим излучением и радиоактивное загрязнение людей, сельскохозяйственных животных и растений, объектов экономики, а также окружающей природной среды.
Основными радиационно-опасными объектами являются:
- атомные электростанции (АЭС);
- предприятия по изготовлению ядерного топлива;
- предприятия по переработке отработавшего ядерного
топлива и захоронению радиоактивных отходов;
- научно-исследовательские и проектные организации,
имеющие ядерные реакторы;
- надводные корабли и подводные лодки с ядерными
энергетическими установками;
- космические аппараты с ядерными энергетическими
установками;
- различные виды ядерного оружия на боевом дежурстве и в
местах хранения
В соответствии с данным выше определением радиационно-опасного объекта основными поражающими факторами при аварии на этих объектах являются ионизирующие излучения и загрязнение людей и окружающей среды радиоактивными веществами.
Ионизирующие излучения (ИИ) — это потоки частиц с ненулевой массой покоя (а–, β-частиц и нейтронов) и электромагнитных квантов (рентгеновских и гамма- квантов) , прохождение которых через вещество приводит к ионизации и возбуждению его атомов и молекул.
Альфа-излучение (а) – поток положительно заряженных ядер гелия. α-частицы обладают наименьшей проникающей способностью, длина их пробега в теле равна 0,05 мм, в воздухе – 8–10 см. Однако, эти частицы обладают наибольшей ионизирующей способностью и опасны при попадании внутрь организма.
Бета-излучение (β) – поток высокоэнергетичных электронов. Обладают бо́льшей проникающей способностью. Длина пробега потока от источника в воздухе составляет порядка 2 м, а в тканях человека – порядка 3 см. β-частицы полностью задерживаются твердыми материалами (алюминиевой пластиной в 3,5 мм, органическим стеклом); их ионизирующая способность в 1000 раз меньше, чем у α-частиц.
Гамма-излучение (γ) – поток электромагнитных квантов с длиной волны менее 0.06 ангстрем. Испускается при торможении быстрых электронов в веществе, а также при распаде большинства радиоактивных веществ. Обладает большой проникающей способностью. В воздухе гамма-кванты распространяются на сотни метров, свободно проникают сквозь одежду, тело человека и значительные толщи материалов. Однако, гамма-излучение обладает меньшей ионизирующей способностью, чем а– и β-излучение вследствие меньшей плотности ионизации на единицу длины пробега.
Рентгеновское излучение- поток электромагнитных квантов с длиной волны от 0.06 до 20 ангстрем. Может быть получено в специальных рентгеновских трубках, в электронных ускорителях, при торможении быстрых электронов в веществе. Рентгеновские лучи, как и γ-излучение, обладают малой ионизирующей способностью, но большой глубиной проникновения.
Нейтроны — незаряженные элементарные частицы с массой равной массе протона. Время их жизни – около 16 мин. Медленные нейтроны имеют энергию от долей электрон-вольта до нескольких тысяч электрон-вольт, а быстрые – энергию более 0,5 Мэв и выше, медленные - от долей до нескольких тысяч электрон-вольт. Длина пробега медленных нейтронов в воздухе составляет около 15 м, в биологической среде – 3 см; для быстрых нейтронов – соответственно 120 м и 10 см. Последние обладают высокой проникающей способностью и представляют наибольшую опасность.
Для оценки воздействия ионизирующего излучения на любые вещества и живые организмы используются специальные величины – дозы излучения.
Основная характеристика взаимодействия ионизирующего излучения и среды – это ионизационный эффект. В начальный период развития радиационной дозиметрии чаще всего в качестве количественной меры поля излучения использовалась степень ионизации воздуха рентгеновских трубок или аппаратов. Количественная мера, основанная на величине ионизации сухого воздуха при нормальном атмосферном давлении получила название экспозиционная доза.
Экспозиционная доза – это отношение суммарного заряда всех ионов одного знака в элементарном объеме воздуха к массе воздуха в этом объеме. В системе СИ единицей измерения экспозиционной дозы является кулон на килограмм (Кл/кг). Экспозиционная доза в 1 Кл/кг означает, что суммарный заряд всех ионов одного знака, которые возникли под действием излучения в 1 кг воздуха, равен одному кулону. Внесистемной единицей измерения экспозиционной дозы является рентген. (Р).
Один рентген - это такая экспозиционная доза рентгеновского или гамма - излучения, при которой в 1 см3 атмосферного воздуха при температуре 00 С и давлении 760 мм ртутного столба возникают ионы, общий положительный или отрицательный заряд которых равен одной электростатической единице (1 CGSE ) 1 Кл/кг = 3880 Р.
В дальнейшем, выяснилось, что для ряда приложений, более удобной количественной характеристикой ионизирующих излучений, является энергия ИИ, поглощаемая, единицей массой вещества - т.н. поглощенная доза излучения.
Поглощенная доза показывает, какое количество энергии излучения поглощено в единице массы любого облучаемого вещества, и определяется отношением поглощенной энергии ионизирующего излучения к массе вещества. За единицу измерения поглощенной дозы в системе СИ принят грэй (Гр). 1 Гр – это такая доза, при которой массе 1 кг передается энергия ионизирующего излучения 1 Дж. Внесистемной единицей поглощенной дозы является рад (radiation absorbed dose). Один рад соответствует такой поглощенной дозе, при которой количество энергии, которая выделяется в одном грамме любого вещества, равно 100 эрг независимо от вида энергии ионизирующего излучения. 1 Гр = 100 рад.
Изучение последствий облучения живых тканей показало, что при одинаковых поглощенных дозах различные виды радиации производят неодинаковое биологическое воздействие на организм. При одной и той же поглощенной дозе радиобиологический разрушительный эффект тем выше, чем плотнее ионизация, создаваемая излучением. Чтобы учесть этот эффект, было введено понятие эквивалентной дозы.
Эквивалентная доза рассчитывается путем умножения значения поглощенной дозы на специальный коэффициент относительной биологической эффективности (ОБЭ), зависящий от вида излучения. Для гамма- и бета -излучений этот коэффициент приблизительно равен единице, для тепловых нейтронов 3, для быстрых нейтронов 10, для альфа- частиц и тяжелых ионов 20. Т.о. даже сравнительно малые поглощенные дозы могут вызвать серьёзные биологические последствия. Единицей измерения эквивалентной дозы в СИ является зиверт (Зв). Величина 1 Зв равна эквивалентной дозе любого вида излучения, поглощенной в 1 кг биологической ткани и создающей такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 Гр фотонного излучения. Внесистемной единицей измерения эквивалентной дозы является бэр (биологический эквивалент рада). 1 Зв = 100 бэр.
Мощностями экспозиционных и поглощенных доз называются дозы облучения, создаваемые в веществе в единицу времени.
Мощности экспозиционных доз измеряются в р/с, р/мин, р/час.
Мощности поглощенных доз измеряются в рад/с, рад/мин, рад/час, а в системе СИ в Гр/с. Вторым поражающим фактором аварии на радиационно-опасном объекте является загрязнение окружающей среды радиоактивными веществами.
Радиоактивные вещества принято оценивать по их активности.
Активность определяется числом распадов, происходящих в данном количестве радиоактивного вещества за единицу времени. В качестве единицы активности в Международной системе единиц СИ используется беккерель (Бк). Активность в 1 Бк соответствует одному распаду в секунду. Однако в практической дозиметрии чаще используется другая единица - кюри (обозначается Ки). 1 Ки = 3,7 10 10 Бк, то есть соответствует 37 миллиардам радиоактивных распадов в секунду. Именно такое количество распадов происходит в одном грамме радия 226, первого из изученных радиоактивных веществ.
Важной характеристикой радиоактивного изотопа является период его полураспада, который определяется как промежуток времени, за который число радиоактивных атомов данного изотопа уменьшается вдвое. Наиболее опасны те радиоактивные вещества, период полураспада которых близок к продолжительности жизни человека.