Активность радиоактивного вещества. Применение радиоактивных изотопов. Применение радиоактивности

Радиоактивное излучение (или ионизирующее) – это энергия, которая высвобождается атомами в форме частиц или волн электромагнитной природы. Человек подвергается такому воздействию как через природные, так и через антропогенные источники.

Полезные свойства излучения позволили успешно использовать его в промышленности, медицине, научных экспериментах и исследованиях, сельском хозяйстве и других областях. Однако с распространением применения этого явления возникла угроза здоровью людей. Малая доза радиоактивного облучения способна повысить риск приобретения серьёзных заболеваний.

Отличие радиации от радиоактивности

Радиация, в широком смысле, означает излучение, то есть распространение энергии в виде волн или частиц. Радиоактивные излучения делят на три вида:

• альфа-излучение – поток ядер гелия-4;
• бета-излучение – поток электронов;
• гамма-излучение – поток высокоэнергетических фотонов.

Характеристика радиоактивных излучений основана на их энергии, пропускных свойствах и виде испускаемых частиц.

Альфа-излучение, которое представляет собой поток корпускул с положительным зарядом, может быть задержано толщей воздуха или одеждой. Этот вид практически не проникает через кожный покров, но при попадании в организм, например, через порезы, очень опасен и пагубно действует на внутренние органы.

Бета-излучение обладает большей энергией – электроны движутся с высокой скоростью, а их размеры малы. Поэтому данный вид радиации проникает через тонкую одежду и кожу глубоко в ткани. Экранировать бета-излучение можно при помощи алюминиевого листа в несколько миллиметров или толстой деревянной доски.

Гамма-излучение – это высокоэнергетическое излучение электромагнитной природы, которое обладает сильной проникающей способностью. Для защиты от него нужно использовать толстый слой бетона или пластину из тяжёлых металлов таких, как платина и свинец.

Феномен радиоактивности был обнаружен в 1896 году. Открытие сделал французский физик Беккерель. Радиоактивность – способность предметов, соединений, элементов испускать ионизирующее изучение, то есть радиацию. Причина явления заключается в нестабильности атомного ядра, которое при распаде выделяет энергию. Существует три вида радиоактивности:

• естественная – характерна для тяжёлых элементов, порядковый номер которых больше 82;
• искусственная – инициируется специально с помощью ядерных реакций;
• наведённая – свойственна объектам, которые сами становятся источником радиации, если их сильно облучить.

Элементы, обладающие радиоактивностью, называют радионуклидами. Каждый из них характеризуется:

• периодом полураспада;
• видом испускаемой радиации;
• энергией радиации;
• и другими свойствами.

Источники радиации

Человеческий организм регулярно подвергается действию радиоактивного излучения. Приблизительно 80% ежегодно получаемого количества приходится на космические лучи. В воздухе, воде и почве содержатся 60 радиоактивных элементов, являющихся источниками естественной радиации. Основным природным источником излучения считается инертный газ радон, высвобождающийся из земли и горных пород. Радионуклиды также проникают в организм человека с пищей. Часть ионизирующего облучения, которому подвергаются люди, исходит от антропогенных источников, начиная от атомных генераторов электричества и ядерных реакторов до используемой для лечения и диагностики радиации. На сегодняшний день распространёнными искусственными источниками излучения являются:

• медицинское оборудование (основной антропогенный источник радиации);
• радиохимическая промышленность (добыча, обогащение ядерного топлива, переработка ядерных отходов и их восстановление);
• радионуклиды, применяющиеся в сельском хозяйстве, лёгкой промышленности;
• аварии на радиохимических предприятиях, ядерные взрывы, радиационные выбросы
• строительные материалы.

Радиационное облучение по способу проникновения в организм делится на два типа: внутреннее и внешнее. Последнее характерно для распылённых в воздухе радионуклидов (аэрозоль, пыль). Они попадают на кожу или одежду. В таком случае источники радиации можно удалить, смыв их. Внешнее же облучение вызывает ожоги слизистых оболочек и кожных покровов. При внутреннем типе радионуклид попадает в кровоток, например, введением в вену или через раны, и удаляется путём экскреции или с помощью терапии. Такое облучение провоцирует злокачественные опухоли.

Радиоактивный фон существенно зависит от географического положения – в некоторых регионах уровень радиации может превышать средний в сотни раз.

Влияние радиации на здоровье человека

Радиоактивное излучение из-за ионизирующего действия приводит к образованию в организме человека свободных радикалов – химически активных агрессивных молекул, которые вызывают повреждение клеток и их гибель.

Особенно чувствительны к ним клетки ЖКТ, половой и кроветворной систем. Радиоактивное облучение нарушает их работу и вызывает тошноту, рвоту, нарушение стула, температуру. Воздействуя на ткани глаза, оно может привести к лучевой катаракте. К последствиям ионизирующего излучения также относят такие повреждения, как склероз сосудов, ухудшение иммунитета, нарушение генетического аппарата.

Система передачи наследственных данных имеет тонкую организацию. Свободные радикалы и их производные способны нарушать структуру ДНК – носителя генетической информации. Это приводит к возникновению мутаций, которые сказываются на здоровье последующих поколений.

Характер воздействия радиоактивного излучения на организм определяется рядом факторов:

• вид излучения;
• интенсивность радиации;
• индивидуальные особенности организма.

Результаты радиоактивного излучения могут проявиться не сразу. Иногда его последствия становятся заметны через значительный промежуток времени. При этом большая однократная доза радиации более опасна, чем долговременное облучение малыми дозами.

Поглощённое количество радиации характеризуется величиной, называемой Зиверт (Зв).

• Нормальный радиационный фон не превышает 0,2 мЗв/ч, что соответствует 20 микрорентгенам в час. При рентгенографии зуба человек получает 0,1 мЗв.

• Смертельная разовая доза составляет 6-7 Зв.

Применение ионизирующих излучений

Радиоактивное излучение широко применяется в технике, медицине, науке, военной и атомной промышленности и других сферах человеческой деятельности. Явление лежит в основе таких устройств, как датчики задымления, генераторы электроэнергии, сигнализаторы обледенения, ионизаторы воздуха.

В медицине радиоактивное излучение используется в лучевой терапии для лечения онкологических заболеваний. Ионизирующая радиация позволила создать радиофармацевтические препараты. С их помощью проводят диагностические обследования. На базе ионизирующего излучения устроены приборы для анализа состава соединений, стерилизации.

Открытие радиоактивного излучения было без преувеличения революционным – применение этого явления вывело человечество на новый уровень развития. Однако это также стало причиной возникновения угрозы экологии и здоровью людей. В связи с этим поддержание радиационной безопасности является важной задачей современности.

радиация частица облучение радон

Люди научились применять радиацию в мирных целях, с высоким уровнем безопасности, что позволило поднять практически все отрасли на новый уровень.

Получение энергии с помощью АЭС. Из всех отраслей хозяйственной деятельности человека энергетика оказывает самое большое влияние на нашу жизнь. Тепло и свет в домах, транспортные потоки и работа промышленности - все это требует затрат энергии. Эта отрасль является одной из самых быстроразвивающихся. За 30 лет общая мощность ядерных энергоблоков выросла с 5 тысяч до 23 миллионов киловатт.

Мало у кого вызывает сомнения то, что атомная энергетика заняла прочное место в энергетическом балансе человечества.

Рассмотрим применение радиации в дефектоскопии. Рентгеновская и гамма-дефектоскопия - одно из наиболее распространенных применений излучения в промышленности, позволяющее контролировать качество материалов. Рентгеновский метод является неразрушающим, так что проверяемый материал может затем использоваться по назначению. И рентгеновская, и гамма-дефектоскопия основаны на проникающей способности рентгеновского излучения и особенностях его поглощения в материалах.

Гамма-излучение применяется для химических превращений, например, в процессах полимеризации.

Пожалуй, одной из самых главных развивающихся отраслей является ядерная медицина. Ядерная медицина - раздел медицины, связанный с использованием достижений ядерной физики, в частности, радиоизотопов, и т. д.

На сегодняшний день ядерная медицина позволяет исследовать практически все системы органов человека и находит применение в неврологии, кардиологии, онкологии, эндокринологии, пульмонологии и других разделах медицины.

С помощью методов ядерной медицины изучают кровоснабжение органов, метаболизм желчи, функцию почек, мочевого пузыря, щитовидной железы.

Возможно не только получение статических изображений, но и наложение изображений, полученных в разные моменты времени, для изучения динамики. Такая техника применяется, например, при оценке работы сердца.

В России уже активно применяются два типа диагностики с использованием радиоизотопов - сцинтиграфия и позитронно-эмиссионная томография. Они позволяют создать полные модели работы органов.

Медики считают, что при малых дозах радиация оказывает стимулирующее воздействие, тренируя систему биологической защиты человека.

На многих курортах используются радоновые ванны, где уровень радиации немного выше чем в природных условиях.

Было замечено, что у принимающих эти ванны улучшается работоспособность, успокаивается нервная система, быстрее заживают травмы.

Исследования иностранных учёных говорят о том, что частота и смертность от всех видов рака ниже в областях с более высоким естественным радиационным фоном (к таковым можно отнести большинство солнечных стран).

Медицина. Радий и другие естественные радиоизотопы широко применяются для диагностики и лучевой терапии раковых заболеваний. Использование для этой цели искусственных радиоизотопов значительно повысило эффективность лечения. Например, радиоактивный иод, введенный в организм в виде раствора иодида натрия, селективно накапливается в щитовидной железе и поэтому применяется в в клинической практике для определения нарушений функции щитовидной железы и при лечении базедовой болезни. С помощью меченого по натрию физиологического раствора измеряется скорость кровообращения и определяется проходимость кровеносных сосудов конечностей. Радиоактивный фосфор применяется для измерения объема крови и лечения эритремии.

Научные исследования. Радиоактивные метки, в микроколичествах введенные в физические или химические системы, позволяют следить за всеми происходящими в них изменениями. Например, выращивая растения в атмосфере радиоактивного диоксида углерода, химики смогли понять тонкие детали процесса образования в растениях сложных углеводов из диоксида углерода и воды. В результате непрерывной бомбардировки земной атмосферы космическими лучами с высокой энергией находящийся в ней азот-14, захватывая нейтроны и испуская протоны, превращается в радиоактивный углерод-14. Полагая, что интенсивность бомбардировки и, следовательно, равновесное количество углерода-14 в последние тысячелетия оставались неизменными и учитывая период полураспада C-14 по его остаточной активности, можно определять возраст найденных остатков животных и растений (радиоуглеродный метод). Этим методом удалось с большой достоверностью датировать обнаруженные стоянки доисторического человека, существовавшие более 25 000 лет тому назад.

Ка́мера Ви́льсона (она же туманная камера ) - один из первых в истории приборов для регистрации следов (треков) заряженных частиц.

Изобретена шотландским физиком Чарлзом Вильсономмежду1910и1912гг. Принцип действия камеры использует явлениеконденсацииперенасыщенного пара: при появлении в среде перенасыщенного пара каких-либо центров конденсации (в частности, ионов, сопровождающих след быстрой заряженной частицы) на них образуются мелкие капли жидкости. Эти капли достигают значительных размеров и могут быть сфотографированы. Источник исследуемых частиц может располагаться либо внутри камеры, либо вне ее (в этом случае частицы залетают через прозрачное для них окно).

В 1927 г. советские физики П. Л. КапицаиД. В. Скобельцынпредложили помещать камеру в сильноемагнитное поле, искривляющеетреки, для исследования количественных характеристик частиц (например, массы и скорости) .

Камера Вильсона представляет собой ёмкость со стеклянной крышкой и поршнем в нижней части, заполненная насыщенными парами воды, спирта или эфира. Пары тщательно очищены от пыли, чтобы до пролёта частиц у молекул воды не было центров конденсации. Когда поршень опускается, то за счет адиабатического расширенияпары охлаждаются и становятся перенасыщенными. Заряженная частица, проходя сквозь камеру, оставляет на своем пути цепочку ионов. Пар конденсируется наионах, делая видимым след частицы.

Камера Вильсона сыграла огромную роль в изучении строения вещества. На протяжении нескольких десятилетий она оставалась практически единственным инструментом для визуального исследования ядерных излучений и исследования космических лучей:

В 1930 году Л. В. МысовскийсР. А. Эйхельбергеромпроводили опыты срубидиеми в камере Вильсона было зарегистрировано испусканиеβ-частиц. Позже была открыта естественная радиоактивность изотопа 87 Rb.

В 1934 году Л. В. МысовскийсМ. С. Эйгенсономпроводили эксперименты, в которых при помощи камеры Вильсона было доказано присутствиенейтроновв составекосмических лучей.

В 1927 годуВильсонполучил за свое изобретениеНобелевскую премию по физике. Впоследствии камера Вильсона в качестве основного средства исследования радиации уступила местопузырьковымиискровым камерам.

Введение……………………………………………………………………3

Применение радиоактивных источников в различных

сферах деятельности человека………………………………………………………….3

Химическая промышленность

Городское хозяйство

Медицинская промышленность

Радиационная стерилизация изделий и материалов

Производство радиоизотопных электрокардиостимуляторов

Предпосевное облучение семян и клубней

Радиоизотопная диагностика (введение в организм радиоактивного препарата)

Радиоактивные отходы, проблемы их захоронения…………………..8

Неразработанность метода……………………………………………………………....12

Давление внешних обстоятельств……………………………………………………....13

Принятие решений и технологическая сложность проблемы………………………...13

Неопределённость концепции…………………………………………………………...14

Список литературы……………………………………………………….16

Введение

В настоящее время трудно найти отрасль науки, техники, промышленности, сельского хозяйства и медицины, где бы не применялись источники радиоактивности (радиоактивные изотопы). Искусственные и естественные радиоактивные изотопы – мощный и тонкий инструмент для создания чувствительных способов анализа и контроля в промышленности, уникальное средство для медицинской диагностики и лечения злокачественных опухолевых заболеваний, эффективное средство воздействия на различные вещества, в том числе органические. Наиболее важные результаты получены при использовании изотопов как источников излучения. Создание установок с мощными источниками радиоактивного излучения позволило использовать его для контроля и управления технологическими процессами; технической диагностики; терапии заболеваний человека; получения новых свойств веществ; преобразования энергии распада радиоактивных веществ в тепловую и электрическую и др. Наиболее часто для этих целей используются такие изотопы как ⁶⁰CO, ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs и изотопы плутония. Для недопущения разгерметизации источников к ним предъявляются жёсткие требования по механической, термической и коррозийной устойчивости. Это обеспечивает гарантию сохранения герметичности в течение всего периода эксплуатации источника.

Применение радиоактивных источников в различных сферах деятельности человека.

Химическая промышленность

Радиационно-химическое модифицирование полиамидного полотна для придания ему гидрофильных и антистатических свойств.

Модифицирование текстильных материалов для получения шерстоподобных свойств.

Получение хлопчатобумажных тканей с антимикробными свойствами.

Радиационное модифицирование хрусталя для получения хрустальных изделий различного цвета.

Радиационная вулканизация резинотканевых материалов.

Радиационное модифицирование полиэтиленовых труб для повышения термостойкости и стойкости к агрессивным средам.

Отвердение лакокрасочных покрытий на различных поверхностях.

Деревообрабатывающая промышленность

В результате облучения мягкое дерево приобретает значительно низкую способность сорбировать воду, высокую стабильность геометрических размеров и более высокую твёрдость (изготовление мозаичного паркета).

Городское хозяйство

Радиационная очистка и обеззараживание сточных вод.

Медицинская промышленность

Радиационная стерилизация изделий и материалов

Номенклатура радиационно-стерилизуемой продукции включает свыше тысячи наименований, в том числе шприцы одноразового пользования, системы службы крови, медицинский инструментарий, шовные и перевязочные материалы, различные протезы, применяемые в сердечно-сосудистой хирургии, травматологии и ортопедии. Основное преимущество радиационной стерилизации состоит в том, что она может осуществляться непрерывно с большой производительностью. Пригодна для стерилизации готовой продукции, упакованной в транспортную тару или вторичную упаковку, а также применима для стерилизации термолабильных изделий и материалов.

Производство радиоизотопных электрокардиостимуляторов с источниками питания на основе ²³⁸Pu. Имплантируемые в организм человека, они применяются для лечения различных нарушений ритма сердца, не поддающихся медикаментозному воздействию. Применение радиоизотопного источника питания повышает их надёжность, увеличивает срок службы до 20-ти лет, возвращает больных к нормальной жизнедеятельности за счёт сокращения числа повторных операций по вживлению электрокардиостимулятора.

Сельское хозяйство и пищевая промышленность

Сельское хозяйство – важная область применения ионизирующих излучений. К настоящему времени в практике сельского хозяйства и научных исследованиях сельскохозяйственного профиля можно выделить следующие основные направления использования радиоизотопов:

Облучение с/х объектов (в первую очередь – растений) малой дозой в целях стимуляции их роста и развития;

Применение ионизирующих излучений для радиационного мутагенеза и селекции растений;

Использование метода лучевой стерилизации для борьбы с насекомыми – вредителями с/х растений.

Предпосевное облучение семян и клубней (пшеница, ячмень, кукуруза, картофель, свекла, морковь) приводит к улучшению посевных качеств семян и клубней, ускорению процессов развития растений (скороспелость), повышает устойчивость растений к неблагоприятным факторам среды.

В области селекции проводятся исследования по мутагенезу. Целью является отбор макромутаций для выведения высокоурожайных сортов. Представляющие интерес радиационные мутанты уже получены для более чем 50-ти культур.

Применение ионизирующих излучений для стерилизации насекомых-вредителей на элеваторах и в зернохранилищах позволяет уменьшить потери урожая до 20%.

Известно , что ионизирующие γ-излучения предупреждают прорастание картофеля и лука, используются для дезинсекции сушёных фруктов, пищевых концентратов, замедляют микробиологическую порчу и продлевают сроки хранения плодов, овощей, мяса, рыбы. Выявлена возможность ускорения процессов старения вин и коньяка, изменение скорости созревания плодов, удаления неприятного запаха лечебных вод. В консервной промышленности (рыбной, мясомолочной, овощной и фруктовой) широкое применение имеет стерилизация консервов. Следует заметить, что исследование облучённых продуктов питания показало, что γ -облученные продукты безвредны.

Мы рассмотрели применение радиоизотопов, специфическое для отдельных отраслей промышленности. Кроме того, повсеместно в промышленности применяются радиоизотопы для следующих целей:

Измерение уровней жидкостей расплавов;

Измерение плотностей жидкостей и пульп;

Счёт предметов на контейнере;

Измерение толщины материалов;

Измерение толщины льда на летательных и других аппаратах;

Измерение плотности и влажности почво-грунтов;

Неразрушающая γ -дефектоскопия материалов изделий.

Непосредственно в медицинской практике нашло клиническое применение радиоизотопных терапевтических аппаратов, а также клиническая радиоизотопная диагностика.

Освоены γ -терапевтические аппараты для наружного γ -облучения. Эти аппараты значительно расширили возможности дистанционной γ -терапии опухолей за счёт использования вариантов статического и подвижного облучения.

К отдельным локализациям опухолей используются различные варианты и способы лучевого лечения. Стойкие пятилетние излечения при 1, 2 и 3 стадиях получены соответственно у

90-95, 75-85 и 55-60% больных. Хорошо известна также положительная роль лучевой терапии в лечении рака молочной железы, лёгкого, пищевода, полости рта, гортани, мочевого пузыря и других органов.

Радиоизотопная диагностика (введение в организм радиоактивного препарата) стала неотъемлемой частью диагностического процесса на всех этапах развития заболевания или оценки функционального состояния здорового организма. Радиоизотопные диагностические исследования могут быть сведены к следующим основным разделам:

Определение радиоактивности всего тела, его частей, отдельных органов в целях выявления патологического состояния органа;

Определение скорости передвижения радиоактивного препарата по отдельным участкам сердечно-сосудистой системы;

Изучение пространственного распределения радиоактивного препарата в теле человека для визуализации органов, патологических образований и др.

К числу наиболее важных аспектов диагностики относятся патологические изменения сердечно-сосудистой системы, своевременное обнаружение злокачественных новообразований, оценка состояния костной, кроветворной и лимфатической систем организма, которые представляют собой труднодоступные объекты для исследования традиционными клинико-интрументальными методами.

В клинической практике внедрены Nay, меченный ¹³y для диагностики заболеваний щитовидной железы; NaCe, меченный ²⁴Na для изучения местного и общего кровотока;

Na₃PO₄, меченный ³³P для изучения процессов накопления его в пигментных образованиях кожи и других опухолевых образованиях.

Ведущее значение получил метод диагностики в неврологии и нейрохирургии с использованием изотопов ⁴⁴Tc, ¹³³Xeи ¹⁶⁹Y. Он необходим для уточненного диагноза заболеваний головного мозга, а также заболеваний сердечно-сосудистой системы. В нефрологии и урологии применяются радиоактивные препараты, содержащие ¹³¹Y, ¹⁹⁷Hg,

¹⁶⁹Yb, ⁵¹Cr и ¹¹³Yn. Благодяря внедрению радиоизотопных методов обследования улучшилась ранняя заболеваемость почек и других органов.

Научно-прикладное применение р/изотопов очень широко. Остановимся на некоторых:

Практический интерес представляет использование радиоизотопных энергетических установок (РЭУ) электрической мощностью от нескольких единиц до сотен Ватт. Наибольшее пратическое применение нашли радиоизотопные термоэлектрические генераторы, в которых преобразование энергии р/а распада в электрическую осуществляется с использованием термоэлектрических преобразователей, такие энергоустановки отличаются полной автономностью, возможностью работы в любых климатических условиях, большим сроком службы и надёжностью в работе.

Радиоизотопные источники питания обеспечивают работу в системах автоматических метеорологических станций; в системах навигационного оборудования в отдалённых и необжитых районах (эл. питание маяков, створных знаков, навигационных огней).

Благодаря положительному опыту применения их в условиях низкой температуры, стало возможным использование их в Антарктиде.

Известно также, что на аппаратах, перемещавшихся по поверхности Луны (луноходах) были использованы изотопные энергетические установки с ²¹ºPo.

Применение р/а изотопов в научных исследованиях невозможно переоценить, так как все практикующие методы вытекают из положительных результатов в исследованиях.

Кроме того, следует упомянуть и такие совсем узкие специализации как борьба с вредителями в старинных предметах искусства, а также применение естественных р/а изотопов в радоновых ваннах и грязях при санаторно-курортном лечении.

По окончании срока эксплуатации р/а источники в установленном порядке должны быть доставлены на специальные комбинаты для переработки (кондиционирования) с последующим захоронением как радиоактивные отходы.

Радиоактивные отходы, проблемы их захоронения

Проблема радиоактивных отходов является частным случаем общей проблемы загрязнения окружающей среды отходами человеческой деятельности. Но в то же время резко выраженная специфика РАО требует применения специфичных методов обеспечения безопасности для человека и биосферы.

Исторический опыт обращения с производственными и бытовыми отходами сформировался в условиях, когда осознание опасности отходов и программ её нейтрализации опиралось на непосредственные ощущения. Возможности последних обеспечивали адекватность осознания связей непосредственно воспринимаемых органами чувств воздействий с наступающими последствиями. Уровень знаний позволял представить логику механизмов воздействия отходов на человека и биосферу, достаточно точно соответствующую реальным процессам. К практически выработанным традиционным представлениям о методах обезвреживания отходов исторически присоединились и разработанные с открытием микроорганизмов качественно иные подходы, образовав не только эмпирически, но и научно обоснованное методическое обеспечение безопасности человека и среды его обитания. В медицине и системах управления обществом были сформированы соответствующие подотрасли, например, санитарно-эпидемиологическое дело, коммунальная гигиена и т.п.

С бурным развитием химии и химических производств в производственных и бытовых отходах в массовых количествах появились новые, ранее не попадавшие в них элементы и химические соединения, в том числе не существующие в природе. По масштабам это явление стало сопоставимо с естественными геохимическими процессами. Человечество оказалось перед необходимостью выйти на другой уровень оценки проблемы, где должны учитываться, например, аккумулятивные и отложенные эффекты, методы выявления дозировок воздействий, необходимость применения новых методов и специальной высокочувствительной аппаратуры для обнаружения опасности и т.п.

Качественно иную опасность, хотя и сходную с химической по некоторым из признаков, принесла человеку «радиоактивность» , как явление, не воспринимаемое органами чувств человека непосредственно, не уничтожаемое известными человечеству способами и пока ещё в целом недостаточно изученное: нельзя исключить обнаружение новых свойств, воздействий и последствий этого явления. Поэтому при формировании общих и конкретных научных и практических задач «по ликвидации опасности РАО» и, в особенности, при решении этих задач возникают постоянные затруднения, показывающие, что традиционная постановка недостаточно точно отражает реальный, объективный характер «проблемы РАО». Тем не менее, идеология такой постановки широко распространена в правовых и не правовых документах общегосударственного и межгосударственного характера, которые, как можно предположить, охватывают широкий спектр современных научных воззрений, направлений, исследований и практических мероприятий; учитывают разработки всех известных отечественных и иностранных организаций, занимающихся «проблемой РАО».

Постановлением Правительства РФ от 23.10.1995 г. № 1030 утверждена Федеральная целевая Программа «Обращение с радиоактивными отходами и отработавшими ядерными материалами, их утилизация и захоронение на 1996-2005 годы».

Радиоактивные отходы рассматриваются в ней «как не подлежащие дальнейшему использованию вещества (в любом агрегатном состоянии), материалы, изделия, оборудования, объекты биологического происхождения, в которых содержание радионуклидов превышает уровни, установленные нормативными актами. В Программе выделен специальный раздел «Состояние проблемы», содержащий описание конкретных объектов и общественных сфер, где происходит «обращение с радиоактивными отходами», а также общие количественные характеристики «проблемы РАО» в России.

«Большое количество накопленных некондиционированных радиоактивных отходов, недостаточность технических средств для обеспечения безопасного обращения с этими отходами и отработавшим ядерным топливом, отсутствие надёжных хранилищ для их длительного хранения и (или) захоронения повышают риск возникновения радиационных аварий и создают реальную угрозу радиоактивного загрязнения окружающей среды, переоблучения населения и персонала организаций и предприятий, деятельность которых связана с использованием атомной энергии и радиоактивных материалов».

Основные источники радиоактивных отходов (РАО) высокого уровня активности – атомная энергетика (отработанное ядерное топливо) и военные программы (плутоний ядерных боеголовок, отработанное топливо транспортных реакторов атомных подводных лодок, жидкие отходы радиохимических комбинатов и др.).

Возникает вопрос: следует ли рассматривать РАО просто как отходы или как потенциальный источник энергии? От ответа на этот вопрос зависит, хотим ли мы их хранить (в доступном виде) или захоранивать (т.е. делать недоступными). Общепринятый ответ в настоящее время состоит в том, что РАО – это действительно отходы, за исключением, может быть, плутония. Плутоний теоретически может служить источником энергии, хотя технология получения энергии их него сложна и довольно опасна. Многие страны, в том числе Россия и США, находятся теперь на распутье: «запускать» плутониевую технологию, используя плутоний, высвобождаемый при разоружении , или захоранивать этот плутоний? Недавно правительство России и Минатом объявили, что они хотят перерабатывать оружейный плутоний совместно с США; это означает возможность развития плутониевой энергетики.

В течение 40 лет учёные сравнивали варианты избавления от РАО. Главная идея – их надо поместить в такое место, чтобы они не могли попасть в окружающую среду и нанести вред человеку. Эту способность вредить РАО сохраняют в течение десятков и сотен тысяч лет. Облучённое ядерное топливо, которое мы извлекаем из реактора, содержит радиоизотопы с периодами полураспада от нескольких часов до миллиона лет (период полураспада – это время, в течение которого количество радиоактивного вещества уменьшается вдвое, причём в ряде случаев возникают новые радиоактивные вещества). Но общая радиоактивность отходов значительно снижается со временем. Для радия период полураспада составляет 1620 лет, и нетрудно подсчитать, что через 10 тысяч лет останется около 1/50 первоначального количества радия. Нормативы большинства стран предусматривают обеспечение безопасности отходов на срок 10 тысяч лет. Конечно, это не значит, что по истечении этого времени РАО более не будут опасны: мы попросту перелагаем дальнейшую ответственность за РАО на отдалённое потомство. Для этого надо, чтобы места и форма захоронения этих отходов были известны потомству. Заметим, что вся письменная история человечества меньше 10 тысяч лет. Задачи, возникающие при захоронении РАО, беспрецедентны в истории техники: люди никогда не ставили себе таких долговременных целей.

Интересный аспект проблемы состоит в том, что надо не только защищать человека от отходов, но одновременно защищать отходы от человека. За срок, отводимый на их захоронение, сменятся многие социально-экономические формации. Нельзя исключить, что в определённой ситуации РАО могут стать желанным объектом для террористов, мишенями для удара при военном конфликте и т.п. Понятно, что, рассуждая о тысячелетиях, мы не можем полагаться, скажем, на правительственный контроль и охрану – невозможно предвидеть, какие изменения могут произойти. Может быть, лучше всего сделать отходы физически недоступными для человека, хотя, с другой стороны, это затруднило бы нашим потомкам дальнейшие меры безопасности.

Понятно, что ни одно техническое решение, ни один искусственный материал не может «работать» в течение тысячелетий. Очевидный вывод: изолировать отходы должна сама природная среда. Рассматривались варианты: захоронить РАО в глубоких океанических впадинах, в донных осадках океанов, в полярных шапках; отправлять их в космос ; закладывать их в глубокие слои земной коры. В настоящее время общепринято, что оптимальный путь – захоронение отходов в глубоких геологических формациях.

Понятно, что РАО в твёрдой форме менее склонны к проникновению в окружающую среду (миграции), чем жидкие РАО. Поэтому предполагается, что жидкие РАО будут вначале переводиться в твёрдую форму (остекловываться, превращаться в керамику и т.п.). Тем не менее, в России всё ещё практикуется закачка жидких высокоактивных РАО в глубокие подземные горизонты (Красноярск, Томск, Димитровград).

В настоящее время принята так называемая «многобарьерная» или «глубоко эшелонированная» концепция захоронения. Отходы сперва сдерживаются матрицей (стекло, керамика, топливные таблетки), затем многоцелевым контейнером (используемым для транспортировки и для захоронения), затем сорбирующей (поглощающей) отсыпкой вокруг контейнеров и, наконец, геологической средой.

Итак, мы попытаемся захоранивать РАО в глубокие геологические фракции. При этом нам поставлено условие: показать, что наше захоронение будет работать, как мы это планируем, на протяжении 10 тысяч лет. Посмотрим теперь, какие проблемы мы встретим на этом пути.

Первые проблемы встречаются на этапе выбора участков для изучения.

В США, например, ни один штат не хочет. Чтобы общегосударственное захоронение размещалось на его территории. Это привело к тому, что усилиями политиков многие потенциально подходящие площади были вычеркнуты из списка, причём не на основании научного подхода, а вследствии политических игр.

Как это выглядит в России? В настоящее время в России всё ещё можно изучать площади, не ощущая значительного давления местных властей (если не предполагать при этом захоронение вблизи городов!). Полагаю, что по мере усиления реальной независимости регионов и субъектов Федерации ситуация будет смещаться в сторону ситуации США. Уже сейчас ощущается склонность Минатома переместить свою активность на военные объекты, над которыми практически нет контроля: например, для создания захоронения предполагается архипелаг Новая Земля (российский полигон № 1), хотя по геологическим параметрам это далеко не лучшее место, о чём ещё будет речь дальше.

Но предположим, что первый этап позади и площадка выбрана. Надо её изучить и дать прогноз функционирования захоронения на 10 тысяч лет. Тут появляется новая проблема.

Неразработанность метода.

Геология – описательная наука. Отдельные разделы геологии занимаются предсказаниями (например, инженерная геология предсказывает поведение грунтов при строительстве и т.п.), но никогда ещё перед геологией не ставилась задача предсказать поведение геологических систем на десятки тысяч лет. Из многолетних исследований в разных странах возникли даже сомнения, возможен ли вообще более или менее надёжный прогноз на такие сроки.

Представим всё же, что нам удалось выработать разумный план изучения площадки. Понятно, что для осуществления этого плана понадобится много лет: например, гора Яка в штате Невада изучается уже более 15 лет, но заключение о пригодности или непригодности этой горы будет сделано не ранее чем через 5 лет. При этом программа захоронения будет испытывать всё возрастающее давление.

Давление внешних обстоятельств.

В годы холодной войны на отходы не обращали внимания; они накапливались, хранились во временных контейнерах, терялись и т.п. Пример – военный объект Хэнфорд (аналог нашего «Маяка»), где находится несколько сот гигантских баков с жидкими отходами, причём для многих из них не известно, что находится внутри. Одна проба стоит 1 миллион долларов! Там же, в Хэнфорде, примерно раз в месяц обнаруживаются закопанные и «забытые» бочки или ящики с отходами.

В целом, за годы развития ядерных технологий, отходов скопилось очень много. Временные хранилища на многих атомных станциях близки к заполнению, а на военных комплексах они часто находятся на грани выхода из строя «по старости» или даже за этой гранью.

Итак, проблема захоронения требует срочного решения. Осознание этой срочности становится всё более острым, тем более что 430 энергетических реакторов, сотни исследовательских реакторов, сотни транспортных реакторов атомных подводных лодок, крейсеров и ледоколов продолжают непрерывно накапливать РАО. Но у людей, прижатых к стенке, не обязательно возникают лучшие технические решения, и возрастает вероятность ошибок. Между тем в решениях, связанных с ядерной технологией, ошибки могут очень дорого стоить.

Предположим, наконец, что мы истратили 10-20 миллиардов долларов и 15-20 лет на изучение потенциальной площадки. Пришло время принимать решение. Очевидно, идеальных мест на Земле не существует, и любое место будет иметь с точки зрения захоронения положительные и отрицательные свойства. Очевидно, придётся решить, перевешивают ли положительные свойства отрицательные, и обеспечивают ли эти положительные свойства достаточную безопасность.

Принятие решений и технологическая сложность проблемы

Проблема захоронения технически чрезвычайно сложна. Поэтому очень важно иметь, во-первых, науку высокого качества, а во-вторых, эффективное взаимодействие (как говорят в Америке – «интерфейс») между наукой и политиками, принимающими решения.

Российская концепция подземной изоляции РАО и отработанного ядерного топлива в многолетнемёрзлых породах разработана в Институте промышленной технологии Минатома России (ВНИПИП). Она была одобрена Государственной экологической экспертизой Министерства экологии и природных ресурсов РФ, Минздравом РФ и Госатомнадзором РФ. Научная поддержка концепции проводится кафедрой мерзлотоведения Московского государственного университета. Следует заметить, что эта концепция уникальна. Ни в одной стране мира, насколько мне известно, вопрос о захоронении РАО в мерзлоте не рассматривается.

Основная идея такова. Помещаем тепловыделяющие отходы в мерзлоту и отделяем их от пород непроницаемым инженерным барьером. За счёт тепловыделения мерзлота вокруг захоронения начинает подтаивать, но через какое-то время, когда тепловыделение снизится (вследствие распада короткоживущих изотопов), породы снова промёрзнут. Поэтому достаточно обеспечить непроницаемость инженерных барьеров на то время, когда мерзлота будет протаивать; после промерзания миграция радионуклидов становится невозможной.

Неопределённость концепции

С этой концепцией связано, по меньшей мере, две серьёзных проблемы.

Во-первых, концепция предполагает, что промёрзшие породы непроницаемы для радионуклидов. На первый взгляд это кажется разумным: вся вода замёрзшая, лёд обычно неподвижен и не растворяет радионуклиды. Но если внимательно поработать с литературой, то оказывается, что многие химические элементы довольно активно мигрируют в промёрзших породах. Даже при температурах – 10-12ºC в породах присутствует незамерзающая, так называемая плёночная, вода. Что особенно важно, свойства радиоактивных элементов, составляющих РАО, с точки зрения их возможной миграции в мерзлоте совершенно не изучены. Поэтому предположение о непроницаемости мёрзлых пород для радионуклидов лишено всяких оснований.

Во-вторых, если даже окажется, что мерзлота действительно хороший изолятор РАО, то невозможно доказать, что сама мерзлота просуществует достаточно долго: напомним, что нормативы предусматривают захоронение на срок в 10 тысяч лет. Известно, что состояние мерзлоты определяется климатом, причём двумя наиболее важными параметрами – температурой воздуха и количеством атмосферных осадков. Как вы знаете, температура воздуха повышается в связи с глобальным изменением климата. Наивысший темп потепления приходится как раз на средние и высокие широты северного полушария. Ясно, что такое потепление должно привести к протаиванию льда и сокращению мерзлоты.

Как показывают расчёты, активное протаивание может начаться уже через 80-100 лет, и темп протаивания может достичь 50 метров в столетие. Таким образом, мёрзлые породы Новой Земли могут полностью исчезнуть за 600-700 лет, а это всего 6-7% от времени, требуемого для изоляции отходов. Без мерзлоты карбонатные породы Новой Земли обладают весьма низкими изолирующими свойствами по отношению к радионуклидам.

Проблема хранения и захоронения радиоактивных отходов (РАО) – важнейшая и нерешённая проблема ядерной энергетики.

Никто в мире пока не знает, где и как хранить высокоактивные РАО, хотя работы в данном направлении ведутся. Пока речь идёт о перспективных, а отнюдь не промышленных технологиях заключения высоко активных РАО в тугоплавкое стекло или керамические соединения. Однако неясно, как это материалы поведут себя под воздействием заключённых в них РАО в течение миллионов лет. Столь длительный срок хранения обусловлен огромным периодом полураспада ряда радиоактивных элементов. Ясно, что выход их наружу неизбежен, ибо материал контейнера, в котором они будут заключены столько не «живёт».

Все технологии обработки и хранения РАО условны и сомнительны. А если атомщики будут по своему обыкновению, оспаривать этот факт, то уместно будет спросить их: «Где гарантия, что все существующие хранилища и могильники уже сейчас не являются носителями радиоактивного заражения, так как все наблюдения за ними скрываются от общественности?».

В нашей стране существуют несколько могильников, хотя об их существовании стараются умолчать. Наиболее крупный расположен в районе Красноярска под Енисеем, где происходит захоронение отходов большинства российских атомных электростанций и ядерные отходы ряда европейских государств. При проведении научно-изыскательских работ по данному хранилищу результаты оказались положительными, но в последнее время наблюдения показывают нарушение экосистемы реки Енисей, что появились рыбы-мутанты, изменилась структура воды в определённых районах, хотя данные научных экспертиз тщательно скрываются.

В мире захоронения высокоактивных РАО ещё не осуществляется, имеется опыт лишь временного их сохранения.

Список литературы

1. Вершинин Н. В. Санитарно-технические требования к закрытым радиационным источникам.

В кн. «Труды симпозиума». М., Атомиздат, 1976 г.

2. Фрумкин М. Л. и др. Технологические основы радиационной обработки пищевых продуктов. М., Пищевая промышленность, 1973 г.

3. Брегер А. Х. Радиоактивные изотопы – источники излучений в радиационно-химической технологии. Изотопы в СССР, 1975 г., № 44 с 23-29.

4. Перцовский Е. С., Сахаров Э. В. Радиоизотопные приборы в пищевой, лёгкой и целлюлозно-бумажной промышленности. М., Атомиздат, 1972 г.

5. Воробьёв Е. И., Побединский М. Н. Очерки развития отечественной радиационной медицины. М., Медицина, 1972 г.

6. Выбор площадки для строительства хранилища радиоактивных отходов. Э. И. М., ЦНИИатоминформ, 1985 г., № 20.

7. Современное состояние проблемы захоронения радиоактивных отходов в США. Атомная техника за рубежом, 1988 г., № 9.

8. Хейнонен Дис, Дисера Ф. Захоронение ядерных отходов: процессы, происходящие в подземных хранилищах: Бюллетень МАГАТЭ, Вена, 1985 г., т. 27, № 2.

9. Геологические исследования площадок для окончательного удаления радиоактивных отходов: Э. И. М.: ЦНИИатоминформ, 1987 г., № 38.

10. Брызгалова Р. В., Рогозин Ю. М., Синицына Г. С. и др. Оценка некоторых радиохимических и геохимических факторов, определяющих локализацию радионуклидов при захоронении радиоактивных отходов в геологические формации. Материалы 6 симпозиума СЭВ, т. 2, 1985 г.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://allbest.ru

Курсовая работа

На тему: "Радиоактивность. Применение радиоактивных изотопов в технике"

Введение

1.Виды радиоактивных излучений

2.Другие виды радиоактивности

3.Альфа-распад

4.Бета-распад

5.Гамма-распад

6.Закон радиоактивного распада

7.Радиоактивные ряды

9.Применение радиоактивных изотопов

Введение

Радиоактивность - превращение атомных ядер в другие ядра, сопровождающееся испусканием различных частиц и электромагнитного излучения. Отсюда и название явления: на латыни radio - излучаю, activus - действенный. Это слово ввела Мария Кюри. При распаде нестабильного ядра - радионуклида из него вылетают с большой скоростью одна или несколько частиц высокой энергии. Поток этих частиц называют радиоактивным излучением или попросту радиацией.

Лучи Рентгена. Открытие радиоактивности было непосредственно связано с открытием Рентгена. Более того, некоторое время думали, что это один и тот же вид излучения. Конец 19 в. вообще был богат на открытие различного рода не известных до того «излучений». В 1880-е английский физик Джозеф Джон Томсон приступил к изучению элементарных носителей отрицательного заряда, в 1891 ирландский физик Джордж Джонстон Стони (1826-1911) назвал эти частицы электронами. Наконец, в декабре Вильгельм Конрад Рентген сообщил об открытии нового вида лучей, которые он назвал Х-лучами. До сих пор в большинстве стран они так и называются, но в Германии и России принято предложение немецкого биолога Рудольфа Альберта фон Кёлликера (1817-1905) называть лучи рентгеновскими. Эти лучи возникают, когда быстро летящие в вакууме электроны (катодные лучи) сталкиваются с препятствием. Было известно, что при попадании катодных лучей на стекло, оно испускает видимый свет - зеленую люминесценцию. Рентген обнаружил, что одновременно от зеленого пятна на стекле исходят какие-то другие невидимые лучи. Это произошло случайно: то в темной комнате светился находящийся неподалеку экран, покрытый тетрацианоплатинатом бария Ba, добавлен 03.05.2014

Сведения о радиоактивных излучениях. Взаимодействие альфа-, бета- и гамма-частиц с веществом. Строение атомного ядра. Понятие радиоактивного распада. Особенности взаимодействия нейтронов с веществом. Коэффициент качества для различных видов излучений.

реферат , добавлен 30.01.2010

Строение вещества, виды ядерных распадов: альфа-распад, бета-распад. Законы радиоактивности, взаимодействие ядерных излучений с веществом, биологическое воздействие ионизирующего излучения. Радиационный фон, количественные характеристики радиоактивности.

реферат , добавлен 02.04.2012

Ядерно-физические свойства и радиоактивность тяжелых элементов. Альфа- и бета-превращения. Сущность гамма-излучения. Радиоактивное превращение. Спектры рассеянного гамма-излучения сред с разным порядковым номером. Физика ядерного магнитного резонанса.

презентация , добавлен 15.10.2013

Ядерные ионизирующие излучения, их источники и биологическое воздействие на органы и ткани живого организма. Характеристика морфологических сдвигов на системном и клеточном уровнях. Классификация последствий облучения людей, радиозащитные средства.

презентация , добавлен 24.11.2014

Работы Эрнеста Резерфорда. Планетарная модель атома. Открытие альфа- и бета-излучения, короткоживущего изотопа радона и образования новых химических элементов при распаде тяжелых химических радиоактивных элементов. Воздействие радиации на опухоли.

презентация , добавлен 18.05.2011

Рентгеновское излучение - электромагнитные волны, спектр которых находится между ультрафиолетовым и гамма-излучением. История открытия; лабораторные источники: рентгеновские трубки, ускорители частиц. Взаимодействие с веществом, биологическое воздействие.

презентация , добавлен 26.02.2012

Понятие и классификация радиоактивных элементов. Основные сведения об атоме. Характеристики видов радиоактивного излучения, его проникающая способность. Периоды полураспада некоторых радионуклидов. Схема процесса индуцированного нейтронами деления ядер.

презентация , добавлен 10.02.2014

Гамма-излучение - коротковолновое электромагнитное излучение. На шкале электромагнитных волн оно граничит с жестким рентгеновским излучением, занимая область более высоких частот. Гамма-излучение обладает чрезвычайно малой длинной волны.

реферат , добавлен 07.11.2003

Характеристика корпускулярного, фотонного, протонного, рентгеновского видов излучения. Особенности взаимодействия альфа-, бета-, гамма-частиц с ионизирующим веществом. Сущность комптоновского рассеивания и эффекта образования электронно-позитронной пары.