Атомная катастрофа на Урале - Рой Медведев

Краткий словарь терминов, необходимых непрофессиональному читателю

Бета-излучение (β-radiation) – потоки бета-частиц, «излучаемых» радиоактивными изотопами. Наиболее распространенные изотопы с бета-излучением – это радиоактивный углерод (C14), радиоактивный фосфор (P32), радиоактивный стронций (Sr90), радиоактивная сера (S35) и много других. Бета-лучи – это в основном электроны. Энергия бета-частиц не очень высока, и поэтому они не способны проникать через сравнительно тонкие слои защитных материалов. При внешнем облучении живых тканей бета-частицы проникают внутрь ткани на расстояние от нескольких миллиметров до 2–3 см, редко до 5–8 см.

Гамма-излучение (ɤ-radiation) – электромагнитное излучение короткой длины, состоящее из фотонов высокой энергии, испускаемых со скоростью света ядрами определенных радиоактивных изотопов дополнительно к излучению ими бета- или альфа-частиц. В результате большой энергии гамма-облучение живых тканей вызывает глубокие повреждения внутренних органов. Защита от гамма-лучей обеспечивается толстыми слоями бетона, свинца или других материалов. Изотопы, дающие гамма-излучение – это кобальт-60 (Co60), йод-130 и 131 (J130, 131), железо-55 и 59 (Fe55, 59), цезий-137 (Cs137) и много других.

Доза облучения. – Еще до открытия искусственной радиоактивности доза облучения учитывалась при рентгеновском облучении, и поэтому единица для измерения получила название «рентген». Биологический эквивалент рентгена сокращенно обозначают бэр.

Поглощенная доза измеряется в радах (rad). Разные животные и растения обладают разной чувствительностью к облучению. Смертельной для млекопитающих и человека является доза облучения 500–600 рентген или соответственно 500–600 рад. Однако различные ткани имеют неодинаковую чувствительность, и летальность этой дозы определяется гибелью клеток костного мозга. При локальном облучении других тканей они выдерживают более высокие дозы. Растения и низшие животные выдерживают облучение в несколько тысяч рентген, бактерии и водоросли – в десятки тысяч.

Допустимая доза – количество облучения или концентрация радиоактивных изотопов в среде, которые считаются не вызывающими вредных последствий. Допустимые дозы варьируют в зависимости от типа изотопа, типа облучения, условий облучения, длительности и многих других условий.

Кюри (Сi) – единица радиоактивности, названная в честь Марии Кюри, открывшей радий. Эта единица равна такому количеству любого радиоизотопа, в котором число распадов ядер атомов в секунду составляет 3,7·1010. Соответственно другие единицы радиоактивности обозначаются так: мегакюри (MCi) – миллион кюри, килокюри (kCi) – 1 000 кюри, милликюри (mCi) – 1/1000 кюри, микрокюри (µCi) – 10-6 кюри. Микрокюри дает 37 000 распадов в секунду. При экспериментальных работах с радиоизотопами на животных и растениях вносимые количества чаще всего измеряются в микрокюри. Для человека введение внутрь, например, радиоактивного фосфора в количестве 30–40 мкюри может оказаться смертельным. Введение Sr90 может быть опасным при попадании в организм 1–2 мкюри, так как стронций не выводится быстро из организма, а прочно фиксируется в костях, вызывая так называемое хроническое облучение.

Период полураспада – время, за которое распадается половина радиоактивного изотопа и соответственно наполовину уменьшается его опасность. Изотопы с коротким периодом полураспада, измеряемым секундами, часами или днями, считаются менее опасными для среды (радиоактивные йод, фосфор, сера и др.). Sr90 и Cs137 являются наиболее опасными продуктами в отходах ядерных реакторов и при взрывах атомных бомб, так как эти изотопы имеют периоды полураспада около 30 лет. Поэтому при загрязнении среды этими изотопами опасность сохраняется сотни лет. C14 имеет период полураспада более 5 тысяч лет, но поскольку он выделяется в газообразной форме (углекислый газ), то опасность от радиоактивного углерода считается меньшей.

Ядерные отходы (nuclear waste). – В ядерных реакторах происходит контролируемый распад ядерного горючего (главным образом, урана), который сопровождается накоплением многочисленных радиоактивных изотопов. При этом распаде выделяется большое количество тепла, которое используется в так называемых энергетических реакторах для производства электроэнергии. После окончания процесса распада (продолжающегося много месяцев) блоки израсходованного ядерного горючего содержат много миллионов кюри различных изотопов. Для изготовления ядерного оружия имеют значение изотопы уран-235 и плутоний. Плутоний – это искусственный элемент, который легче выделить из смеси изотопов, и поэтому именно плутоний используется для военной атомной промышленности. В период до начала широкого строительства атомных электростанций военная атомная промышленность в основном была занята выделением плутония из продуктов распада в реакторах. Остальные радиоактивные изотопы составляли так называемые ядерные отходы. Для выделения плутония содержимое реактора после окончания цикла распада (время цикла варьируется от температуры «разогрева» реактора, то есть от скорости процессов) необходимо сначала растворить в крепкой кислоте. Процесс выделения плутония осуществляется на особых радиохимических заводах (reprocessing plants). Одновременно могут выделяться для использования в научных исследованиях и в медицине и другие радиоактивные изотопы (кобальта, йода, фосфора, цезия и т. д.). Но потребность в этих изотопах невелика, и основная масса радиоактивных отходов подлежит захоронению в условиях, при которых они не могут оказать вредного воздействия на среду и людей в течение столетий. Если нужна только тепловая энергия реакторов, то процесс захоронения отходов упрощается, так как подлежит захоронению материал в форме блоков. Если ядерные отходы получены после выделения плутония, то проблема усложняется тем, что захоронению подлежат жидкие отходы с разной концентрацией радиоактивных изотопов (отходы с высокой, средней и низкой концентрацией) в количествах, измеряемых миллионами литров радиоактивных растворов.

Захоронение радиоактивных отходов реакторов. – Существуют многочисленные способы захоронения радиоактивных отходов. Трудности, связанные с захоронением жидких отходов с низкой концентрацией радиоизотопов (low level waste), состоят в огромных объемах этих растворов. При отходах с высокой концентрацией изотопов (high level waste) главная проблема состоит в том, что продолжающийся радиоактивный распад выделяет такое количество тепла, которое нагревает воду выше температуры кипения. Поэтому контейнеры с концентрированными жидкими отходами подлежат постоянному охлаждению. После года-двух такого хранения с охлаждением короткоживущие изотопы распадаются и отходы, содержащие в основном долгоживущие изотопы (главным «остатком» являются Sr90 и Cs137), могут подвергаться той же обработке, которая применима к отходам со средней концентрацией изотопов. В связи с тем, что и реакторы, и контейнеры с высококонцентрированными отходами требуют постоянного охлаждения (обычно циркулирующей водой), центры атомной промышленности располагаются вблизи рек или больших озер в малонаселенных местах. Вода рек и озер используется для охлаждения ядерных установок. Контейнеры для концентрированных отходов могут быть надземными или подземными. Отходы средней концентрации обычно хранят под землей, иногда на большой глубине. Отходы с низкой концентрацией изотопов часто просто сбрасывают в реки и обширные водоемы. В Англии разрешен сброс низкоконцентрированных отходов в море, так как завод по переработке отходов реакторов расположен прямо на берегу. В результате этого концентрация радиоизотопов в Ирландском море в несколько раз выше, чем в океане. В СССР в непроточном Каспийском море концентрация радиоизотопов в настоящее время в 20 раз выше, чем в океане, но пока еще не выше так называемых допустимых доз загрязнения.

Уральская катастрофа

Я уже писал во второй статье, опубликованной в New Scientist в 1977 г. [2], что впервые узнал о ядерной катастрофе в Челябинской области от профессора Всеволода Маврикиевича Клечковского, заведовавшего кафедрой агрохимии и биохимии в Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева. В тот период я работал на этой кафедре старшим научным сотрудником лаборатории биохимии. В. М. Клечковский был в СССР ведущим специалистом по применению радиоактивных изотопов и излучений в сельском хозяйстве и в исследованиях с растениями и почвами. Он был консультантом Государственного комитета по атомной энергии при Совете Министров СССР, участвовал во многих других правительственных комиссиях и советах по атомной энергии. В 1958 г. именно ему поручили организовать в Челябинской области экспериментальную станцию для изучения действия радиоактивных загрязнений на растения и животных. С В. М. Клечковским у меня были дружеские отношения, незадолго до этого он рекомендовал мою научную работу по избирательной радиоавтографии для доклада на конференции ЮНЕСКО по применению радиоактивных изотопов в научных исследованиях, которая состоялась в сентябре 1957 г. в Париже. В составе делегации был и В. М. Клечковский, и мы с ним жили около двух недель в одном номере гостиницы на набережной Сены. Для меня это была первая поездка за границу и последняя до 1973 г. В 1973 г. я получил разрешение на поездку в Лондон и во время пребывания в Лондоне был лишен советского гражданства и возможности вернуться домой.