Законы радиоактивного распада

Способность ядер самопроизвольно распадаться, испуская частицы, называется радиоактивностью. Радиоактивный распад - статистический процесс. Конкретное радиоактивное ядро может распасться в любой момент и закономерность наблюдается только в среднем, в случае распада достаточно большого количества ядер. Вероятность распада ядра в единицу времени называется постоянной распада.
Если в образце в момент времени t имеется N(t)радиоактивных ядер, то количество ядер dN, распавшихся за время dt пропорционально N(t).

(1)

Проинтегрировав (1) получим

(2)

где N_o - количество радиоактивных ядер в момент времени t = 0.
Время, за которое первоначальное количество радиоактивных ядер уменьшится в два раза, называется периодом полураспада T_1/2

(3)

Cреднеe время жизни

(4)

Активность образца A - среднее количество ядер образца, распадающихся в единицу времени

(5)

Распад исходного ядра 1 в ядро 2, с последующим его распадом в ядро 3, описывается системой дифференциальных уравнений

(6)

гдеN₁(t) и N₂(t) -количество ядер, а и - постоянные распада ядер 1 и 2 соответственно. Решением системы (6) с начальными условиями N₁(0) = N₁₀; N₂(0) = 0 будет

(7)

Если в начальный период времени , то активности A₁(t) и A₂(t)первого и второго изотопов описываются соотношениями

(8)

т.е. активность второго изотопа будет стремиться к активности первого и по прошествии времени практически сравняется с ней. В дальнейшем активности как первого так и второго изотопов будут меняться во времени одинаково.

(9)

То есть устанавливается так называемое вековое равновесие, при котором число ядер изотопов в цепочке последовательных распадов связано с постоянными распада (периодами полураспада) простым соотношением.

(10)

Можно обобщить этот результат для большего числа последовательных распадов когда .

(11)

Поэтому в естественном состоянии все изотопы, генетически связанные в радиоактивных рядах, обычно находятся в определенных количественных соотношениях, зависящих от их периодов полураспада.

3. Последствия радиационной аварии (РА) обуславливаются радиоактивным заражением (РЗ) объектов, окружающей среды и поражающим действием ионизирующих излучений – α_, β_, γ_, нейтронное (n) излучение. В этом случае может иметь место как внутреннее облучение (при попадании РВ внутрь организма), так и внешнее облучение от них (при нахождении РВ вне тела человека). Опасность от α_ и β_ частиц возникает особенно при внутреннем, а не при внешнем облучении, так как они обладают высокой ионизирующей и небольшой проникающей способностью. Защитой от них соответ­ственно может служить одежда, кожа и стекла очков, экран, например из алюминия, толщиной более 5 мм и др. Однако следует учитывать, что α_ распад (например, радий-226) и β_ распад (например кобальт-60), многих РВ сопровождается γ_ излучением и при работе с ними необходима специальная защита. Опасным для человека оказывается также внешнее облучение γ_ лучами и нейтронами, обладающими высокой проникающей и незначительной ионизирующей способностью. При защите от нейтронных, γ_ излучений применяют материалы, обладающие высокими замедляющими и поглощающими свойствами, например, карбид бора (В4С), бористая сталь, свинец и др.

4. Порядок выдачи разрешений на право ведения работ в области использования атомной энергии работникам исследовательских реакторов, критических и подкритических стендов

I. Общие положения

1. Порядок выдачи разрешений на право ведения работ в области использования атомной энергии работникам исследовательских реакторов, критических и подкритических стендов (далее - Порядок), разработан на основании статьи 27 Федерального закона от 21 ноября 1995 г. N 170-ФЗ "Об использовании атомной энергии" (Собрание законодательства Российской Федерации, 1995, N 48, ст. 4552; 1997, N 7, ст. 808; 2001, N 29, ст. 2949; 2002, N 1, ст. 2; N 13, ст. 1180; 2003, N 46, ст. 4436; 2004, N 35, ст. 3607; 2006, N 52, ст. 5498; 2007, N 7, ст. 834; N 49, ст. 6079; 2008, N 29, ст. 3418; N 30, ст. 3616; 2009, N 1, ст. 17, N 52 (1 ч.), ст. 6450), постановления Правительства Российской Федерации от 3 марта 1997 г. N 240 "Об утверждении перечня должностей работников объектов использования атомной энергии, которые должны получать разрешения Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору на право ведения работ в области использования атомной энергии" (Собрание законодательства Российской Федерации, 1997, N 10, ст. 1180; 2005, N 7, ст. 560; 2009, N 18, ст. 2248); постановления Правительства Российской Федерации от 29 мая 2008 г. N 404 "О Министерстве природных ресурсов и экологии Российской Федерации" (Собрание законодательства Российской Федерации, 2008, N 22, ст. 2581; N 42, ст. 4825; N 46, ст. 5337; 2009, N 3, ст. 378, N 6, ст. 738, N 33, ст. 4088, N 34, ст. 4192; 2010, N 5, ст. 538, N 10, ст. 1094) и постановления Правительства Российской Федерации от 30 июля 2004 г. N 401 "О Федеральной службе по экологическому, технологическому и атомному надзору" (Собрание законодательства Российской Федерации, 2004, N 32, ст. 3348; 2006, N 5, ст. 544; N 23, ст. 2527; N 53, ст. 5587; 2008, N 22, ст. 2581; N 46, ст. 5357, 2009, N 6, ст. 738, N 33, ст. 4081; 2010, N 9, ст. 960).

2. Порядок устанавливает процедуры выдачи разрешений Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору (далее - Служба) на право ведения работ в области использования атомной энергии работникам исследовательских реакторов, критических и подкритических стендов (далее - ИЯУ).

3. Порядок обязателен для всех руководителей и специалистов Службы, в обязанности которых входит подготовка решений, выдача разрешений и осуществление надзора за соблюдением условий их действия, а также для работников организаций, эксплуатирующих ИЯУ (в части, относящейся к выполнению обязанностей, возложенных на них настоящим Порядком).

4. Выдачу разрешений осуществляют:

1) уполномоченное управление центрального аппарата Службы* (далее - Управление Службы) в отношении руководящего персонала исследовательских ядерных реакторов;

2) межрегиональные территориальные управления по надзору за ядерной и радиационной безопасностью Службы** (далее - МТУ Службы) в отношении:

а) руководящего персонала критических и подкритических стендов;

б) персонала ведомственного (производственного) контроля ядерной и радиационной безопасности ИЯУ;

в) персонала, ведущего технологический процесс (оперативного персонала) ИЯУ.

5. Разрешение Службы является документом, дающим работнику право ведения работ согласно должностным обязанностям.

Допуск работников ИЯУ к самостоятельной работе осуществляется руководством эксплуатирующей организации только при наличии у этого работника соответствующего разрешения Службы.

6. Разрешение содержит условия действия, являющиеся его неотъемлемой частью, соблюдение которых обязательно для работника при ведении им соответствующего вида деятельности.

В течение срока действия разрешения МТУ Службы осуществляет надзор за соблюдением условий его действия.

7. Разрешение оформляется на бланках и содержит указание конкретной должности, подразделения, участка, цеха, отдела, ИЯУ, эксплуатирующей организации.

В разрешении также указываются дата подачи и регистрационный номер заявки на выдачу разрешения, дата и номер решения о выдаче разрешения, а также срок действия разрешения.

Срок действия разрешения - 5 лет с даты его выдачи.

8. При переводе работника на должность, не требующую получения разрешения, или при расторжении трудового договора с работником - держателем разрешения руководство эксплуатирующей организации обязано направить письменное официальное сообщение об этом в произвольной форме в орган Службы, выдавший разрешение.

Действие разрешения прекращается органом Службы, выдавшим разрешение, со дня расторжения трудового договора, о чем соответствующий орган Службы официально уведомляет эксплуатирующую организацию в течение 10 рабочих дней от даты получения уведомления.

Оригинал разрешения подлежит возврату в Управление Службы или МТУ Службы, выдавшее разрешение.

9. При переводе работника на другую должность, требующую разрешения, он должен получить новое разрешение, соответствующее этой должности. Разрешение, полученное работником на предыдущей должности, остается в силе до окончания срока его действия.

В случае реорганизации эксплуатирующей организации в форме преобразования разрешение работника, должностные обязанности которого не изменились, действительно до окончания срока его действия.

10. Работнику, в обязанности которого входит замещение другого работника, должно выдаваться разрешение, в котором указываются наименования основной и замещаемой должности (с формулировкой: "С правом замещения должности ...").

Действие разрешения по замещаемой должности сохраняется в случае назначения работника, замещающего должность, на данную должность.

11. Допускается выдавать работнику из числа оперативного персонала ИЯУ одно разрешение на право работы на нескольких однотипных ИЯУ эксплуатирующей организации.

12. Допускается выдавать работнику из числа руководящего персонала ИЯУ разрешение на право ведения работ согласно должностным обязанностям руководящего и оперативного персонала ИЯУ.

13. Решения руководителей и должностных лиц Службы по вопросам выдачи разрешений, принятые с нарушением настоящего Порядка, могут быть обжалованы в судебных органах.

14. Процедура получения разрешений не отменяет действующей системы проверки знаний и практических навыков работников, установленной в эксплуатирующей организации.

15. Нормативные акты эксплуатирующей организации, регламентирующие порядок подготовки, переподготовки, повышения квалификации, аттестации и допуска к работе работников эксплуатирующей организации, которые должны получать разрешения Службы на право ведения работ в области использования атомной энергии, не должны противоречить настоящему Порядку.

16. Процедура выдачи разрешений включает:

1) подачу эксплуатирующей организацией в Управление Службы или в МТУ Службы заявки (с необходимыми материалами) на выдачу разрешения кандидату;

2) рассмотрение материалов заявки;

3) проведение проверки знаний и практических навыков (для оперативного персонала) кандидата специальной комиссией;

4) принятие решения о выдаче разрешения или отказе в выдаче разрешения.

5. Урановые руды - природные минеральные образования, содержащие уран в таких концентрациях, количествах и соединениях, при которых его промышленная добыча экономически целесообразна.

Главные рудные минералы: оксиды - уранинит, настуран, урановая чернь; силикаты - коффинит; титанаты - браннерит; уранилсиликаты - уранофан, уранотил; уранил-ванадаты - карнотит, тюямунит; уранилфосфаты - отенит, торбернит. Кроме того, уран в рудах нередко входит в состав минералов, содержащих Р, Zr, Ti, Th и TR (фторапатит, лейкоксен, монацит, циркон, ортит, торианит, давидит и др.), или находится в сорбированном состоянии в углистом веществе.

Обычно различаются урановые руды: супербогатые (более 0,3% U), богатые (0,1-0,3%), рядовые (0,05-0,10%), убогие (0,03-0,05%) и забалансовые (0,01-0,03%). К очень крупным относятся урановые месторождения с запасами (тысяч т) более 50, к крупным - от 10 до 50, к средним - от 1 до 10, к мелким - 0,2-1,0 и к очень мелким - менее 0,2.

Урановые руды разнообразны по условиям образования, характеру залегания, минеральному составу, присутствию попутных компонентов, способам разработки. К осадочным урановым рудам (экзогенным сингенетическим) относятся пластовые палеогеновые месторождения органогенно-фосфатного типа в Pоссии (залежи костного детрита рыб, обогащенного U и TR) и раннепротерозойские кварцево-галечные ураноносные конгломераты районов Эллиот-Лейк в Канаде (с Th, Zr, Ti), Витватерсранд в Южной Африке (с Au) и Жакобина в Бразилии (с Au). Руды, как правило, рядовые и убогие. Среди инфильтрационных месторождений (экзогенных эпигенетических) выделяются грунтово-, пластово- и трещинно-инфильтрационные. Ведущие среди них - коффинит-черниевые месторождения пластово-инфильтрационного типа, где урановые руды залегают в проницаемых породах артезианских бассейнов и контролируются границами зон пластового окисления. Рудные залежи имеют форму роллов (удлинённо-серповидных тел) или линз. Руды преимущественно рядовые и убогие, иногда комплексные с Se, Re, Mo, V, Sc (месторождения аридных районов, шт. Вайоминг в США, Нигера).

Среди грунтово-инфильтрационных месторождений промышленный интерес представляют главным образом месторождения ураноугольные, где урановое и сопутствующее оруденение локализуется в кровле пластов бурого угля, на контакте с окисленными песками, а также приповерхностные месторождения карнотитовых руд в "калькретах" и "гипкретах" (карбонатные и гипсовые почвенные образования речных палеодолин) в Австралии (месторождение Йилирри) и Намибии. К данной группе примыкают стратиформные уранобитумные месторождения в терригенных и карбонатных породах, где рудное вещество представлено настурансодержащими керитами и антраксолитами (месторождения пояса Гранте в США, Баната в Румынии). Эти рудные объекты совместно с инфильтрационными иногда объединяются в месторождения "песчаникового" типа (руды рядовые и убогие). Их возможными метаморфизованными аналогами являются месторождения Франсвильского рудного района в Габоне, среди них уникальное месторождение Окло. Гидротермальные месторождения (эндогенные эпигенетические средне-низкотемпературные) в основном жильные и жильно-штокверковые, реже пластообразные. Они подразделяются на собственно урановые (в т.ч. уранкарбонатных жил), молибден-урановые (часто с Pb, As, Zn и др. халькофилами), титан-урановые, фосфор-урановые (с Zr, Th). Основные рудные минералы: настуран, коффинит, браннерит (в уран-ториевых рудах), урансодержащий фторапатит (в фосфор-урановых рудах). В зонах окисления развиты вторичные уранилсиликаты, уранилфосфаты, ураниларсенаты. Руды рядовые и богатые. К этой группе относятся месторождения в вулкано-тектонических сооружениях и породах фундамента ряда районов Pоссии, Казахстана и Ср. Азии, Рудных гор, Центрального Французского массива, районов Биверлодж и Большого Медвежьего озера в Канаде, США (Мэрисвейл), Австралии (районы Маунт-Айза и Уэстморленд). К этой же группе примыкают метасоматические месторождения типа "несогласия", выявленные в Канаде (рудные районы Раббит-Лейк, Ки-Лейк и др.) и Северной Австралии (район Аллигейтор-Ривер). Они характеризуются контролем оруденения поверхностями стратиграфического несогласия, пластообразной или пластообразно-жильной морфологией, необычно высокими содержаниями урана в рудах. Главные рудные минералы: настуран, уранинит, коффинит, браннерит. В Австралии выявлено уникальное стратиформное месторождение комплексных руд Олимпик-Дам (рудный район Роксби-Даунс), общие запасы которого оцениваются в 1200 тысяч тонн U, 32 млн. тонн Cu и 1200 тонн Au. К магматогенным и постмагматическим урановым рудам (эндогенным высокотемпературным) принадлежат месторождения, связанные с пегматоидными гранитами или аляскитами (внутриинтрузивные "порфировые" месторождения района Россинг в Намибии), щелочными метасоматитами (месторождения Итатая, Лагоа-Реал в Бразилии), массивами щелочных изверженных пород (месторождение Илимауссак в Гренландии), скарнами (месторождение Мэри-Катлин в Австралии), карбонатитами. Руды в основном рядовые и убогие, часто забалансовые (по урану), комплексные с урансодержащими минералами Ti, Th, Zr, Nb, Ta, TR.