Радиобиология (стр. 9 )

В порядке гипотезы можно предположить, что его постоянное очень слабое воздействие на многочисленные регуляторные системы организма выполняет функции слабого раздражителя, поддерживающего эти системы в должном тонусе.

Еще в 1946 г. высказала мысль, что закон Арндта-Шульца, гласящий: «Слабые раздражения возбуждают жизнедеятельность, средней силы - подавляют ее, а более сильные совсем приостанавливают», - применим и к действию ионизирующей радиации.

Если естественный радиационный фон необходим для нормальной жизнедеятельности, т. е. для поддержания здоровья человека, то его небольшое повышение, той или иной длительности, не превышающее определенного предела, может быть и полезным для здоровья.

При этом наблюдаются активация неспецифического иммунитета, повышение активности репарирующих ферментов, стимуляция дыхания, слабое раздражение рецепторов и, в первую очередь, рецепторов чувствительных точек кожи, рефлекторно связанных с состоянием внутренних органов, появление в кровотоке биологически активных веществ, в ничтожно малых концентрациях активирующих нейрогуморальную регуляцию.

Все это будет благотворно влиять на общий тонус организма, повышать его сопротивляемость неблагоприятным факторам внешней среды, задерживать старение, продлевать жизнь, благоприятствовать здоровью в целом.

4.2. Искусственные источники излучения

Атомные бомбы, сброшенные на Хиросиму и Нагасаки, состояли из двух докритических масс урана-235, которые при соединении превысили критическую массу. При этом поток нейтронов, взаимодействуя с ураном-235, образовал неустойчивый 236-й изотоп урана, способный к ядерному делению на осколочные ядра и выделению до трех нейтронов на атом. В среднем при делении неустойчивого урана-236 образуются 2–4 нейтрона, что обеспечивает цепной механизм реакции ядерного деления. Такая ядерная реакция возможна с участием медленных (тепловых) нейтронов с энергией 5–10 эВ.

Нейтроны с высокой энергией замедляются большой (критической) массой урана (в атомной бомбе) или специальными замедлителями (графит, тяжелая вода) и поглотителями нейтронов (бор, кадмий) в атомных реакторах. Это позволяет поддерживать скорость образования нейтронов в пределах, необходимых для выделения энергии, заданной конструкцией реактора.

Бомбы, опустошившие Хиросиму и Нагасаки (рис. 22, 23), сейчас затерялись бы в огромных ядерных арсеналах сверхдержав как ничтожные мелочи.

Рис. 22. Взрыв атомной бомбы в Хиросиме 6 августа 1945 года

Тринитротолуоловый эквивалент (ТНТ) бомбы, сброшенной на Хиросиму,

составлял 13 килотонн. Взрывная мощь крупнейших ядерных ракет, появившихся в начале 90-х годов прошлого столетия, например отечественной стра-

тегической ракеты СС-18 достигает 20 мегатонн (млн. т), т. е. примерно в

1540 раз больше.

Из всей выделившейся энергии при взрыве 50 % расходуется на образование ударной волны, 35% - на световое излучение, 10% - на проникающую радиацию и 5% - на образование радиоактивных продуктов взрыва. Последние представляют собой сложную смесь более чем 200 радиоактивных изотопов 36 элементов с массовым числом от 85 до 148 (от цинка до гадолиния) и в основном являются источниками b-излучения.

Рис. 23. Взрыв атомной бомбы в Нагасаки 9 августа 1945 года

В результате этого в течение непродолжительного времени появляется около 200 новых радиоизотопов, наибольшее число из которых имеет короткий период полураспада, отличаясь высоким уровнем радиоактивности. В течение первых суток после взрыва уровень радиоактивности на местности снижается примерно в два раза (, 1999).

Кроме дочерних элементов происходит также выброс в атмосферу не прореагировавших атомов урана или плутония, отличающихся a-активностью.

При взрыве все нуклиды за счет огромной температуры переходят в газообразное состояние в атмосферу, где, остывая, образуют мелко дисперсные аэрозоли, способные легко перемещаться с воздушными потоками и выпадать на поверхность земли и взаимодействуют с ядрами ряда элементов почвы и воды. В результате этого происходит не только радиоактивное загрязнение местности, но также возникает наведенная радиоактивность (, 2001).

В период моратория на ядерные взрывы разный период полувыведения радионуклидов из атмосферы обусловлен различием их фракционирования при подъеме огненного шара и забросом в стратосферу на разную высоту. Особенности поведения в атмосфере связаны с более выраженным влиянием осадков на выпадения и существенным преобладанием вторичного поступления трития в атмосферу в результате испарения влаги с земной поверхности по сравнению с вторичным ветровым подъемом радиоактивной пыли с поверхности почвы вследствие ее глобального загрязнения цезием-137. Авария на Чернобыльской АЭС в 1986 г., повлиявшая на загрязнение атмосферы Cs137 и другими техногенными радионуклидами, не сказалась на среднегодовом содержании трития в воде осадков и его выпадениях из атмосферы ( и др., 1998).

За счет использования атомной энергии в ходе второй мировой войны и в послевоенное время естественный радиоактивный фон повысился за счет попадания в биосферу искусственных источников радиации. В качестве ядерного «горючего» используются изотопы U233, U235 и Pu239. Малое содержание природного изотопа урана-235 привело исследователей к необходимости ис-

пользования других, более доступных делящихся ядер в реакторах - размно-

жителях.

Под воздействием нейтронов эти изотопы легко расщепляются на дочер-

ние ядра с образованием 2-3 свободных нейтронов и гамма-квантов при каж-

дом акте деления. Цепная ядерная реакция происходит в считанные секунды

и приводит к выделению огромного количества энергии:1 кг урана-235 экви-

валентен 20 тысячам тонн тротила!

Уран-233 получают в атомных реакторах, в которых перерабатывается торий-232:

Уран-235 получают разделением изотопов; а плутоний-239 – в реакторах, в которых перерабатывается уран-238:

В таблице 20 представлены основные параметры делящихся изотопов.

Полное сечение характеризует вероятность взаимодействия любого типа между нейтроном и данным ядром. Сечение деления характеризует вероятность деления ядра нейтроном. От того, какая доля ядер не участвует в процессе деления, зависит выход энергии на один поглощенный нейтрон.

Число нейтронов, испускаемых в одном акте деления, важно с точки зрения поддержания цепной реакции. Число новых нейтронов, приходящихся на один поглощенный нейтрон, важно, поскольку характеризует интенсивность деления.

Доля запаздывающих нейтронов, испускаемых после того, как деление произошло, связана с энергией, запасенной в данном материале.

Данные таблицы показывают, что каждый делящийся изотоп имеет свои преимущества. Например, в случае изотопа с наибольшим сечением для тепловых нейтронов (с энергией 0,025 эВ) нужно меньше топлива для достижения критической массы при использовании замедлителя нейтронов.

Ядерное топливо для энергетического реактора выбирается с учетом его ядерных и химических свойств, а также стоимости.

Таблица 20. Характеристики делящихся изотопов

Показатели	Уран-235	Уран-233	Плутоний-239
Энергия нейтрона	1 МэВ	0,025 эВ	1 МэВ	0,025 эВ	1 МэВ	0,025 эВ
Полное сечение*	6,6 ± 0,1	695 ± 10	6,2 ± 0,3	600 ± 10	7,3 ± 0,2	1005 ± 5
Сечение деления*	1,25 ± 0,05	581 ± 6	1,85 ± 0,10	526 ± 4	1,8 ± 0,1	751 ± 10
Доля ядер, не участвующих в делении	0,077 ± 0,002	0,174 ± 0,01	0,057 ± 0,003	0,098 ± 0,004	0,08 ± 0,1	0,37 ± 0,03
Число нейтронов, испускаемых в одном акте деления	2,6 ± 0,1	2,43 ± 0,03	2,65 ± 0,1	2,50 ± 0,03	3,03 ± 0,1	2,84 ± 0,06
Число нейтронов на один поглощенный нейтрон	2,41 ± 0,1	2,07 ± 0,02	2,51 ± 0,1	2,28 ± 0,02	2,8 ± 0,02	2,07 ± 0,04
Доля запаздывающих нейтронов, %	0,64 ± 0,03	0,65 ± 0,02	0,26 ± 0,02	0,26 ± 0,01	0,21 ± 0,01	0,22 ± 0,01
Энергия деления, МэВ	200	197	207

* - Все сечения приведены в барнах м2)

Поскольку наибольшее число нейтронов на один поглощенный нейтрон возникает в плутониевом реакторе на быстрых нейтро - нах (1 МэВ), в режиме воспроизводства лучше исполь-

зовать плутоний в быстром реакторе или уран-233 в тепловом реакторе, чем уран-235 в реакторе на тепло-

вых нейтронах.

Уран-235 более предпочтителен с точки зрения простоты управления, поскольку у него доля запазды-

вающих нейтронов больше. Таким образом, появляется возможность осуществления разветвляющейся, ускоря-

ющейся цепной реакции деления ядер атомов с выделе-

нием огромного количества энергии. Если цепную реак-

цию держать под контролем, управлять её развитием, не давать ускоряться и постоянно отводить выделяющую-

ся энергию (тепло), то эту энергию («атомную энер-

гию») можно использовать либо для отопления, либо для получения электроэнергии [19].

Этот процесс осуществляется в атомных реакторах, на атомных электростанциях. Если же позволить цепной реакции развиваться бесконтрольно, то произойдёт атомный (ядерный) взрыв. А это уже - ядерное оружие (рис. 24).

В природе имеется только один химический элемент - уран, у которого есть только один делящийся изотоп - уран-235. Это - оружейный уран.

Но этого изотопа в природном уране только 0,7%, то есть всего 7 кг в тонне! Остальные 99,3% (993 кг в тонне) – это неделящийся изотоп - уран-238. Есть, правда, ещё один изотоп - уран-234, но его всего 0,006% (60 г в тонне). Но в обычном урановом атомном реакторе из неделящегося («неоружейного») урана-238 под действием нейтронов образуется новый изотоп уран-239, а из него (путём последовательного двойного отрицательного β-распада) –

новый, искусственный элемент плутоний. При этом сразу образуется деля-

щийся изотоп плутония - Pu239. А это уже оружейный плутоний.

Деление (расщепление) ядер атомов - это суть, основа атомного оружия и атомной энергетики.

Рис. 24. Схема неуправляемой цепной ядерной реакции

Критическая масса - это такое количество оружейного изотопа, при котором нейтроны, выделяющиеся при самопроизвольном делении ядер, не вы

летают наружу, а попадают в соседние ядра и вызывают их искусственное

деление.

Критическая масса металлического урана-235 составляет 52 кг. Это шар диаметром 18 см. Критическая же масса металлического плутония-кг (по некоторым публикациям - 9 и даже 6 кг). Это шар диаметром приблизительно 9-10 см.

Таким образом, сейчас у человечества имеется два делящихся, оружейных изотопа: уран-235 и плутоний-239. Разница между ними состоит только в

том, что уран, во-первых, более пригоден для использования в атомной энергетике: он позволяет управлять своей цепной реакцией, а во-вторых, он менее эффективен для осуществления неуправляемой цепной реакции - атомного взрыва: у него меньшая скорость самопроизвольного деления ядер и больше критическая масса.

А оружейный плутоний, наоборот, более пригоден для ядерного оружия: у него большая скорость самопроизвольного деления ядер и гораздо меньше критическая масса. Плутоний-239 не позволяет надёжно управлять своей цепной реакцией и поэтому пока ещё не нашёл широкого применения в атомной энергетике.

Именно поэтому все проблемы с оружейным ураном были решены в считанные годы, а попытки использовать плутоний в атомной энергетике продолжаются до сих пор уже более 60 лет.

В последние годы появились сообщения о разработке американскими учеными оружия, которое обладает чрезвычайно сильным импульсом гамма-излучения. Эта бомба, которая практически не дает стойкого радиоактивного заражения местности, стирает различие между обычным и ядерным оружием, и эксперты уже предупредили, что она может инициировать новую гонку вооружений.

При взрыве гамма-лучевой бомбы почти не происходит выпадения радиоактивных осадков, однако всякий, кто вдохнул частицы вещества, может получить стойкое расстройство здоровья. В гамма-лучевой бомбе не будет происходить ядерной реакции расщепления или синтеза, как в стандартных ядерных боеприпасах, а интенсивное гамма-излучение обеспечат высокоэнергетические ядра, образующиеся в результате распада некоторых радиоактивных элементов. В 2000 г. ученые Техасского университета доказали практическую осуществимость искусственного инициирования такого эффекта.
Оружие такого рода позволит военным увеличить огневую мощь, не прибегая к ядерному оружию. В гамма-лучевой бомбе 1 г взрывчатого вещества хранит больше энергии, чем 50 кг обычного тротила. Стоимость этого вещества сопоставима со стоимостью обогащенного урана, однако для создания одной бомбы его требуется меньше, чем урана. В отличие от урановой бомбы, для ядерной реакции не нужна критическая масса вещества. Эксперты предостерегают, что, если американским ученым удастся создать гамма-лучевую бомбу, это может вынудить другие страны начать осуществление программы ядерного перевооружения или, что еще хуже, поощрить тех, у кого такое оружие уже есть, к его применению.

В ряде технологически развитых стран альтернативой традиционным тепловым электростанциям, сжигающим мазут, природный газ или угольную

пыль, являются атомные электростанции, утилизирующие энергию распада

изотопов тяжёлых элементов (урана-235, урана-233 и плутония-239).

Электроэнергия, вырабатываемая АЭС, в несколько раз дешевле любой другой. Аналитики обычно ссылаются на позитивный опыт Франции и Бельгии, в которых более половины электроэнергии вырабатывается АЭС. И вообще в Европе ядерные реакторы обеспечивают весьма существенную долю производства электроэнергии.

В других развитых странах эта доля немного меньше (за исключением Японии), а в мире, в среднем, вообще невелика (по разным оценкам от 5 до 16%). В настоящее время создать собственную ядерную энергетику, тем более, собственную атомную промышленность, могут позволить себе далеко не все государства, даже если этому будет содействовать МАГАТЭ.

Все атомные электростанции мира производят примерно 375 ГВт электроэнергии. Для сравнения: на долю экологически чистые ветровые электростанции производят чуть более 118 тыс. МВт электроэнергии, солнечная энергия служит источником лишь 288 МВт. Энергетическая программа США предполагает строительство новых атомных электростанций, как было заявлено «абсолютно надежных».

Развитие мировой атомной энергетики началось в 1954 году, когда в СССР в Обнинске была запущена первая атомная электростанция. Мощность первой АЭС была невелика - всего 5 мегаватт, но за ней последовало сооружение мощных атомных электростанций во всем мире. К 1970 г. их было 116,

к 1980 г, а к 1990 г. - уже 328. Максимальное число атомных электро-

станций было введено в строй в середине 70-х годов.

По данным МАГАТЭ в 2001 г. в мире действовали 438 атомных реакторов, а 31 реактор находился в стадии строительства или на модернизации.

Чуть меньше четверти из всех реакторов находятся в США - 104. Во Фран-

ции - 59 реакторов, в Японии - 53, Великобритании - 35. Россия, со своими 29 реакторами, занимает четвертое место в этом списке, а Германия - пятое (19 реакторов). В Южной Корее работает 16 реакторов, в Канаде - 14, на Украине - 13, в Швеции - 11. У остальных стран менее десяти реакторов. У Китая, например, их сейчас только три, однако строятся 7 новых. В ряде стран мира, например, в Германии и Великобритании, известны случаи закрытия атомных электростанций. Франция и Швеция, фактически ввели мораторий на строительство новых станций.

Франция - страна, наиболее зависящая от ядерной энергетики, атомные электростанции обеспечивают производство 76,4% потребляемой ей электроэнергии. На втором месте - Литва (73,7%), на третьем - Бельгия (56,8%). Украина занимает пятую позицию (47,3%). Из стран бывшего СССР, в топе «атомного» рейтинга также находятся Армения (33%) и Россия (14,9%). Для сравнения: Япония на 33,8% зависит от атомной энергетики, Финляндия - на 32,1%, Германия - на 30,6%, Великобритания на 21,9%, США - на 19,8%, а Индия - на 3,1%. Китай занимает тридцатое место в этом списке - атомная энергетика обеспечивает потребности страны только на 1,2%.

Рис. 25. Доля различных источников энергии для производства

электричества в мире (по данным Uranium Information Center)

На рис. 25 представлена доля энергоносителей в производстве электроэнергии в мире.

Атомная энергетика на сегодняшний день получила широкое распростра-

нение в мире. В 1999 г. всеми атомными станциями было выработано около 2480 млрд. кВт/ч. электроэнергии, на АЭС установлено 440 реакторов.

Ядерная энергия для коммерческого использования вырабатывается в 31 стране мира. В ближайшее время этот клуб пополнится Ираном, который запустит свою первую станцию в Бушере. Строительство атомных станций планируется еще в 3 странах (Египте, Индонезии и Северной Корее).

Как видно из приведенной карты расположения АЭС в мире (рис. 26), подавляющее их число расположено в Западной Европе и Северной Америке.

Рис. 26. Карта расположения АЭС в мире

В некоторых странах ядерная энергетика приобрела доминирующее положение. На рис. 27 представлена доля энергии, вырабатываемой АЭС, от общего объема производства электроэнергии по странам. Как видно из него,

для 16 стран доля ядерной энергии в общем объеме производства электро-

энергии на сегодняшний день превышает 30%.

Рис. 27. Доля атомной энергии в электроэнергетике разных стран мира

(по данным Uranium Information Center)

Если к концу 1984 г. в 26 странах эксплуатировалось 345 ядерных реакторов и их мощность составляла 220 ГВт, то в 1994 г. работало уже 437 атомных реакторов суммарной мощностью 340,4 ГВт (см. табл. 21). В России, по официальной информации «Росэнергоатома», на 10 атомных станциях их примерно 35.

Восемь электростанций объединены в государственный концерн «Росэнергоатом», а Ленинградская АЭС является независимым производителем

энергии. Общая установленная мощность российских АЭС составляет около

21,2 ГВт, или около 11% от всех генерирующих мощностей России. В России в ближайшие 25 лет могут построить до 40 новых атомных реакторов. Если так, то их количество в стране удвоится. Однако в условиях регулируемого рынка новые атомные станции смогут быть конкурентоспособными лишь за счет государства. В 1999 г. российские АЭС произвели 122 млрд. кВт/ч электроэнергии, что составило 14% от общего объема ее производства.

Таблица 21. Данные о работавших и строившихся блоках АЭС в мире на конец 1994 г.

Страна	Эксплуатировалось	Строилось	Доля АЭС в выработке энергии, %
блоков АЭС	электрическая мощность, МВт	блоков АЭС	электрическая мощность, МВт
Аргентина	2	935	1	692	13,8
Бельгия	7	5527	-	-	55,8
Болгария	6	3538	-	-	45,6
Бразилия	1	626	1	1242	0,01
Великобритания	34	11720	1	1188	25,8
Венгрия	4	1729	-	-	43,7
Германия	21	22657	-	-	29,3
Индия	9	1493	5	1010	1,4
Иран	-	-	2	2146	-
Испания	9	7105	-	-	35,0
Казахстан	1	70	-	-	0,6
Канада	22	15755	-	-	19,1
Китай	8	2100	-	-	1,5
Корея Южная	10	8170	-	-	35,5
Литва	2	2370	-	-	76,4
Мексика	2	1308	-	-	3,2
Нидерланды	2	504	-	-	4,9
Пакистан	1	125	1	300	1,0
Россия	29	19843	4	3375	11,4
Румыния	-	-	5	3250	-
Словакия	4	1632	4	1552	49,0
Словения	1	632	-	-	38,0
США	109	98784	1	1165	22,0
Тайвань	6	4980	-	-	31,7
Украина	15	12679	6	5700	34,2
Финляндия	4	2310	-	-	29,5

Продолжение таблицы 21