IV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Цель данной работы состоит в освещении проблемы обеспечения радиационной безопасности.
Ядерная энергетика является очень важной отраслью, обеспечивая около 3% потребляемой энергии (включая производство, атомные подводные лодки, ледоколы и прочее), заменяя в некоторых странах затраты на ту же самую энергию природных ресурсов. Как сообщает «Межведомственная информационная система по вопросам обеспечения радиационной безопасности населения и проблемам преодоления последствий радиационных аварий», в 2013 году в мире работало 436 атомных реакторов, а также около 140 действующих надводных кораблей и подводных лодок с атомными двигателями,
В то же время, использование столь широкого спектра радиации (к примеру в энергетике, производстве, медицине) приводит к опасности заражения. И внутреннее, и внешнее влияние радиации одинаково может привести к загрязнению окружающей среды, а человека к лейкозу, лучевой болезни, опухолям, катарактам, ожогам и даже летальному исходу.
Поэтому обеспечение радиационной безопасности – одна из ключевых задач, стоящих перед специалистами. Развитие технологий, позволяющие строить три вида АЭС,использование на военных подлодках и авианосцах благодаря своей эффективности – все это обеспечивает важность угрозы радиоактивных выбросов и облучения и люди должны быть готовы как к различным чрезвычайным ситуациям, так и к популяризации использования радиоактивного распада, что тоже немаловажно. Невозможно отрицать пользу и эффективность использования радиации, как столь важный компонент нашей жизни.[1]
Активно используются атомные подлодки и прочие суда с ядерными энергоустановками на радиоактивном топливе — главным образом на уране — для превращения воды в пар. Полученный пар вращает турбогенераторы, а те производят электроэнергию для движения судна и питания различного бортового оборудования.
-
Понятие радиации и радиоактивности
Радиоактивность - способность некоторых неустойчивых ядер химических элементов самопроизвольно превращаться в ядра других элементов с испусканием различных видов радиационных излучений, характеризующаяся активностью (А) (физической величиной, характеризующей число радиоактивных распадов в единицу времени), то есть «распадаться»
В век быстро развивающихся технологий ученые могут выделить множество видов излучения, но основными являются три:
Альфа-излучение. Источником радиации в нем являются частицы с положительным зарядом и сравнительно большим весом – ядра атомов гелия.
Бета-излучение. Представляет собой поток заряженных частиц – электронов, который обладает более значительной проникающей способностью, чем предыдущие.
Рентгеновское и гамма-излучение. Считается схожей со световым потоком, но с лучшей способностью к проникновению в окружающие предметы. Для человека такое излучение является самым опасным.
Скорость распада выражается определенными величинами, такими как период полураспада (чаще всего Т, промежуток времени, в течение которого распадается половина начального числа атомов данного радионуклида) и константа распада (λ). Но заранее определить точный момент распада ядра каждого атома (распадется оно через секунду или через огромное количество лет) невозможно.
Радиоактивность существовала всегда, происходит без каких либо вмешательств, заканчивается выделением энергии и изменением заряда исходного ядра.
-
История открытия радиоактивности
Годом открытия радиоактивности считается 1896, когда французский физик Антуан Анри Беккерель обнаруживает испускание ураном проникающего излучения.
Затем супруги-физики Мария и Пьер Кюри открыли новые радиоактивные элементы: полоний и радий, вводя термин «радиоактивность». Вскоре все та же Склодовская-Кюри и Шмидт обнаруживают радиоактивность тория, после чего объектом изучения становится сам атом и его строение.
Углубляясь в исследования, Резерфорд и Кюри устанавливают наличие излучений (α-, β- и γ- лучей), позже Фаянс и Содди в 1913 году формулируют правило смещения, характеризующее правило перемещения нуклида (конкретного вид ядра различных элементов).
В России же первым ученым, обратившим внимание на значение радиоактивного урана как источника энергии, был Владимир Вернадский. Он говорил: «Мы подходим к великому перевороту в жизни человечества, с которым не могут сравниться все им раньше пережитые. Недалеко время, когда человек получит в свои руки атомную энергию, источник такой силы, которая даст ему возможность строить свою жизнь, как он захочет», и он же первым предупредил человечество об угрозе ядерной войны.
Теперь из-за широкого использования радиоактивных веществ и радиоактивности, человечество в конце XIX века (после открытия проникающих лучей) начало развивать такую науку, как радиоэкология, чтобы изучать особенности существования организмов в естественной среде обитания, загрязненной продуктами радиораспада.
Мария Кюри, Беккерель с помощником Груббе и как минимум 336 человек, работавших в то время с радиоактивным материалом. Все они умерли в результате облучения. Именно чтобы не допустить такого в наше время радиоэкология все еще существует и развивается.
-
Доза радиации и ее измерение
Доза радиации изначально измерялась «рентгенами» (Р). Затем для измерения поглощённой дозы была придумана величина «рад», а с 1975 в основном используется «грей» (Гр). Чтобы измерять дозу ионизирующего излучения, был придуман «биологический эквивалент рентгена» (бэр): доза радиации, которая наносит организму вред, как один рентген γ-квантов. Так же существуют «зиверты» - единица измерения радиационного фона
1 Гр = 1 Дж/кг (один джоуль поглощенной энергии на килограмм)
100 рад = 1 Гр (поглощенная доза)
100 бэр (биологический эквивалент рентгена)= 1 Зв
1 Гр β- и γ-радиации = 1 Зв = 100 бэр ~ 100 Р
1 Гр α-излучения или быстрых нейтронов = 20 Зв = 2000 бэр ~2000Р
Как уже было отмечено выше – радиоактивное излучение окружает нас постоянно. Следовательно, присутствует естественный фон – космическое излучение, излучение от радиоактивных веществ в почве и воздухе (внешнее) и излучения от веществ внутри организма.
Рисунок 1 Виды фоновых излучений
1.4 Поражающий фактор
Для человека небольшая ежедневная доза – абсолютная норма. Но что же происходит, если эта доза превышена? Организм человека и животных лишен рецепторов для восприятия ионизирующего излучения. Существует радиационный фон, абсолютно нормальное явление. На малые дозы радиации, не превышающие известный уровень, организмы в определенных условиях реагируют усилением роста и развития, увеличением продолжительности жизни (явление «радиационный гормезис» ) .
Радиочувствительность различных органов и тканей зависит от типа клеток, стадии клеточного цикла и внутренних особенностей.
Рисунок 2 Критический максимум воздействия радиации в грейях
Однозначно можно сделать вывод, что радиация может стать губительной для человека, внести необратимые изменения в его организм или даже в ДНК. Однако повреждение генетического аппарата несет опасность злокачественных изменений и даже передачи аномалий по наследству. Но появление таких эффектов носит вероятностный характер и требует значительный скрытый период, в основном 5-30 лет, ведь в организме в ответ на облучение включаются защитные механизмы.
Важность безопасности
Мы уже описали то, как радиоактивность влияет на человека и доказали, что она может быть действительно губительной. Так же мы доказали, что радиация действительно сейчас активно используется в самых разных сферах жизни современного человека.
Помимо таких катастроф, как авария на ядерном объекте в Чернобыле и авария на АЭС «Фукусима» есть еще огромное количество таких случаев, начиная с 12 декабря 1952 (авария в Чок-Риверской лаборатории) и по 11 марта 2011 ( та же авария на АЭС Фукусима-1)
Сейчас в мире 192 атомные станции, на которых используются 438 энергоблоков (не считая тех, что находятся в процессе постройки). Что уже говорить об использовании атомного топлива.
Но радиоактивные отходы могут воздействовать на человека не только под средством катастроф и прямого излучения, это тоже важно знать.
Рисунок 3 Виды воздействия радиоактивного излучения
Следовательно, можно сделать вывод, что радиационная безопасность и методы ее обеспечения – действительно важны для всех нас и не зря находятся на государственном уроне.
2.1 Радиологические инциденты
Теперь стоит рассмотреть то, что происходит, если все же нормы не соблюдены или сложились некоторые обстоятельства так, что катастрофы не избежать.
К примеру, 11 марта 2011 года на Японию обрушилось сильное землетрясение, которое привело к цунами. В одном из наиболее пострадавших регионов находилась атомная станция Фукусима Даичи, на которой через 2 дня произошел взрыв. Эту аварию назвали самой масштабной со времен взрыва на Чернобыльской АЭС.
Авария произошла 26 апреля 1986 года, взорвался реактор Чернобыльской атомной станции, что привело к самому сильному радиационному загрязнению за всю историю. В атмосферу попало радиационное облако в 400 раз больше, чем при бомбардировке Хиросимы. Оно прошло над западной частью Советского Союза, а также частично затронуло Европу. При взрыве реактора погибло пятьдесят человек, а количество людей, которые оказались на пути радиоактивного облака остается неизвестным. По некоторым версиям число могло перевалить за миллион.
Авария заставила многих пересмотреть своё мнение насчёт использования атомной энергии, а строительство новых реакторов значительно замедлилось. Всего за 4 года было отменено более 50 планов строительства атомных станций.
Радиационная безопасность – задача прежде всего решаемая на государственном уровне. Без надлежащего контроля и надзора над такими сложными процессами гарантии безопасности может и не быть.
Госкорпорация, занимающаяся таким важным вопросом – «Росатом», обеспечивающая защиту от наводнений, ураганов, землетрясений и даже падения самолета с помощью четырех барьеров и внутренних систем. Именно благодаря их стараниям за последние 16 лет.
2.2 План решения проблем обеспечения безопасности
Ядерные объекты потенциально опасны довольно долгое время, первая причина – физические и химические факторы, на которые человек не может повлиять, к примеру период распада, который может длиться на протяжении тысяч и тысяч лет.
Специалисты считают, что новый подъем технологий придется на 2030-2090 года. Тогда для человечества могут стать доступным новые принципы преобразования ядерной энергии, компактные источники, следовательно вопрос об усовершенствовании обеспечения безопасности не останется без внимания. Сейчас ни одна страна не решила полностью вопрос проблемы захоронения ядерных отходов, ведь пока не существует способа их обезвреживания. Все остаточные продукты распада складируют под землей или в водных бассейнах вблизи реакторов, возлагая надежду на природу или на будущую гениальность человечества.
Роль радиоэкологии обсуждается чаще, чем многие могут подумать. Производство ядерных материалов для военных программ уже не так востребовано, а несанкционированное использование резко осложняет вопрос терроризма.
Терроризм – актуальная проблема во всех государствах. Многие попытки завладеть ядерным оружием оказались безрезультатными из-за шести рубежей предотвращения несанкционированных действий с таким опасным «грузом».
Только кажется, что радиация – что-то далекое и недостижимое. То, что все эти проблемы экологии и радиоактивности касаются кого угодно, но не нас – огромное заблуждение. В любой момент что-то может пойти не так, и вот тогда вопрос радиоэкологии будет явным для всех нас. Но зачем решать проблему, если знанием ее можно предотвратить?
Заключение.
У любой прогрессивной технологии есть две стороны – положительная и отрицательная. Так и за пользой, выгодой индустрии стоит такая глобальная опасность.
Нам угрожает не только сама радиация, но и незнание всего вопроса. Важно формирование осознания того, что происходит с энергетикой и военным вопросом касательно радиоактивности с политической и экологической стороны как минимум.
Сейчас у подавляющего большинства представление об атомной радиации субъективное и отрицательное – знание заканчивается на Чернобыльской аварии, в лучшем случае на школьном курсе физики. Мало кто задумывается о возможностях, которые именно эта отрасль нам предоставляет и видит только опасность облучения.
Этот вопрос стараются выделить, проводят встречи, выдвигают проекты, совершенствуют оборудование, повышаю квалификацию сотрудников – все это повышает уровень обеспечения радиационной безопасности во всех сферах использования, но предела нет.Человечество сейчас настолько развито и образовано, что можно легко получить сведения о проблемах атомной индустрии. Информированность сократит радиофобию, и люди смогут эффективно использовать энергию атома и ядра.
Список использованной литературы:
Маврищев В.В. Радиоэкология и радиационная безопасность [Электронный ресурс] : пособие для студентов вузов / В.В. Маврищев, А.Э. Высоцкий, Н.Г. Соловьёва. — Электрон. текстовые данные. — Минск: ТетраСистемс, 2010. — 208 c. — 978-985-536-077-4.
Мархоцкий Я.Л. Основы радиационной безопасности населения [Электронный ресурс] : учебное пособие / Я.Л. Мархоцкий. — Электрон. текстовые данные. — Минск: Вышэйшая школа, 2011. — 224 c. — 978-985-06-1962-4.
Воробьёва В.В. Введение в радиоэкологию [Электронный ресурс] : учебное пособие / В.В. Воробьёва. — Электрон. текстовые данные. — М. : Логос, 2009. — 355 c. — 978-5-98704-084-1.
Беспалов В.И. Лекции по радиационной защите [Электронный ресурс] : учебное пособие / В.И. Беспалов. — Электрон. текстовые данные. — Томск: Томский политехнический университет, 2012. — 508 c. — 978-5-4387-0116-3.
МЧС России, Сайт радиационной безопасности 2017 http://rb.mchs.gov.ru/folder/8963
2009–2017 АО «Атомэнергомаш». Атомное и энергетическое машиностроение. http://www.aem-group.ru/mediacenter/informatoriy/skolko-atomnyix-stanczij-rabotaet-v-mire-i-v-rossii.html