Реферат: Атомная энергия

                      Строение атома и атомного ядра

 

Атомное ядро любого химическогоэлемента состоит из протонов и нейтронов, связанных между собой ядерными силами(сильным взаимодействием). Протон — ядро атома водорода имеет положительныйзаряд, равный абсолютной величине заряда электрона и спин (собственныймеханический момент импульса, величина любой проекции которого может быть равна±(h/2p)/2.). Нейтрон — электронейтральнаячастица c таким же, как у протона спином. Протоны и нейтроны имеют оченьблизкие массы (масса нейтрона больше массы протона приблизительно на две массыэлектрона) и неразличимы с точки зрения ядерных сил (т.н. зарядоваянезависимость ядерного взаимодействия), их обычно называют нуклонами, т.е.,«ядерными частицами». Ядра, имеющие одинаковое число протонов, норазное число нейтронов, называются изотопами. У легких и средних ядер числопротонов и нейтронов примерно одинаково.

Для обозначения конкретного ядраиспользуют запись AZX, где X — символ элемента, A — массовое число, равное общему числу протонов и нейтронов ядра, Z — атомныйномер элемента в таблице Менделеева, равный числу протонов в ядре. (Посколькупорядковый номер Z определен названием элемента, его при записи часто опускают.)

Атомная масса ядра углерода 12Cвыбрана равной 12, т.е. шкала атомных масс основана на массе 12C.

Экспериментально (на основе методовдифракционного рассеяния пучков высокоэнергичных протонов и нейтронов)установлено, что у всех ядер, за исключением самых легких, средний радиус ядрадается выражением

R » (1,2·10-15м)A1/3.

Дифракционное рассеяние позволяетполучить сведения не только о размере, но и о распределении материи внутриядра.

Чтобы объяснить, почему протонывнутри ядра очень прочно связаны, потребовалось ввести новую фундаментальнуюсилу. Для преодоления электростатического отталкивания протонов эти (ядерные)силы должны быть больше электростатических.

/>

Рис. 1

В современной физике, основанной наквантовых принципах, вместо сил принято использовать понятие (потенциальной)энергии взаимодействия, т.к., именно потенциальная энергия взаимодействиявходит в уравнение Шредингера (см. Задание 4) или его обобщения. Это позволяетнайти состояния системы (волновые функции), рассчитать уровни энергии и (впринципе) определить все экспериментально измеряемые характеристики,исследуемого объекта. Так и ядерное взаимодействие вместо введения сил удобнозадавать с помощью потенциальной энергии. Если не учитывать довольно слабоеэлектростатическое отталкивание, то сильное взаимодействие протона с протоном,протона с нейтроном и нейтрона с нейтроном будет в любом из этих случаев одними тем же. Это взаимодействие называют нуклон — нуклонным. Потенциальную энергиювзаимодействия двух нуклонов можно грубо описать кривой, показанной сплошнойлинией на Рис.1. На этом же рисунке для сравнения штриховой линией изображенаэнергия электростатического отталкивания двух протонов, которая равна k0e2/r.

Видно что, глубина потенциальнойямы, соответствующей ядерным силам, на порядок больше потенциальной энергииэлектростатического отталкивания двух протонов.

Помимо зарядовой независимостиядерные силы, как видно из рисунка, имеют короткодействующий характер. Нарасстоянии ~ 3·10-15мэнергия нуклон — нуклонного взаимодействия обращается в нуль.

Точная аналитическая зависимостьэнергии нуклон — нуклонного взаимодействия от расстояния между нуклонами до сихпор точно не известна. При расчетах используют полуэмпирический вид потенциала,который получают из опытов по рассеянию протонов и нейтронов на протонах.

В атомной физике единственныматомом, который легко рассчитывается, является атом водорода. В ядерной физикеподобная система состоит из двух частиц: одного протона и одного нейтрона: этодейтрон. В дейтроне протон и нейтрон связаны друг с другом энергией 2,22 МэВ.Эта величина получена из измеренных значений энергий покоя свободных протона,нейтрона и дейтрона, которые равны соответственно 938,21; 939,50 и 1875,49 МэВ.(Напомним, что 1МэВ = 106 эВ,   1эВ — энергия,которую получает протон, пройдя разность потенциалов 1 В).

Энергия связи ядра определяетсясуммой масс отдельных (свободных) нуклонов за вычетом массы ядра. Для ядра AZX,имеющего Z протонов и A — Z нейтронов масса ядра

/>M(Z, A) = Z mp + (A — Z) mn — Eсв/c2.                                                          (1)

В случае дейтрона

Eсв = (mp+ mn — md) c2 = 2,22МэВ.                                                            

Уровень энергии E= — 2,22МэВ, отвечающий связанному состоянию протона и нейтрона, показан наРис.1 жирной горизонтальной линией.

В случае ядер, состоящих более чемиз двух нуклонов, величину внутриядерного взаимодействия принятохарактеризовать удельной энергией связи, т.е. энергией связи, приходящейся наодин нуклон.

Экспериментальная зависимостьудельной энергии связи показана на Рис. 2.

/>

Рис. 2

Если между нуклонами существуеттакое сильное взаимодействие, то, как получается, что большое количествонуклонов могут быть локализованы с высокой (но конечной!) плотностью? Это можнообъяснить следующим образом:

Пусть первоначально имеетсямножество свободных нуклонов, и среднее расстояние между ними равно r. Будеммысленно их сближать, уменьшая r. Как только r cтанет меньше 2,5·10-15м,нуклоны почувствуют сильное притяжение своих соседей, и их энергия связисоответственно возрастет. С другой стороны, нуклоны, как уже отмечалось, имеютполуцелый спин (h/2p)/2,и как тождественные частицы обязаны подчиняться принципу Паули, которыйзапрещает двум фермионам находится в одинаковых состояниях. Поэтому наряду спритяжением на еще меньших расстояниях должно возникнуть отталкивание, средняякинетическая энергия нуклонов должна возрасти, а энергия связи снизится приуменьшении r. Нуклон-нуклонное притяжение оказывается как раз таким, чтобыобеспечить существование такого расстояния, при котором энергия связи достигаетмаксимума. Если бы ядерные силы оказались только на 30% слабее, то влияниепринципа Паули было бы преобладающим и ядра вообще не существовали бы.

Ядерные реакции

Первая ядерная реакция

42He+ 147N --> 178C + 11H

была открыта в 1919 г. (Э. Резерфорд).

В другой реакции

42He+ 94Be --> 126C + 10n,

исследованной Дж. Чедвиком в 1932 г., был впервые обнаруженнейтрон 10n. Именно открытие нейтрона положило началосовременной ядерной физике и стало окончательным крушением электромагнитнойкартины мира, в которой предполагалось существование только трехфундаментальных частиц: электрона, протона и фотона.

После открытия нейтрона Д.Д.Иваненко и В. Гейзенберг выдвинули гипотезу о протонно — нейтронном строенииядра.

Одной из загадок нейтронов было то,что их не удавалось обнаружить в веществе в свободном состоянии. Впоследствиибыло выяснено, что причиной тому является их нестабильность. Каждый нейтрон внеядра в течении нескольких минут самопроизвольно распадается на протон, электрони электронное антинейтрино вследствие т.н. слабого взаимодействия.

                                     Явление радиоактивности

Явление радиоактивности было открыто в 1896 году французским ученым АнриБеккерелем. В настоящее время оно широко используется в науке, технике,медицине, промышленности. Радиоактивные элементы естественного происхожденияприсутствуют повсюду в окружающей человека среде. В больших объемах образуютсяискусственные радионуклиды, главным образом в качестве побочного продукта напредприятиях оборонной промышленности и атомной энергетики. Попадая вокружающую среду, они оказывают воздействия на живые организмы, в чем изаключается их опасность. Для правильной оценки этой опасности необходимочеткое представление о масштабах загрязнения окружающей среды, о выгодах,которые приносят производства, основным или побочнымпродуктом которых являются радионуклиды, и потерях, связанных с отказом от этихпроизводств, о реальных механизмах действия радиации, последствиях исуществующих мерах защиты.

Радиоактивность — неустойчивость ядер некоторых атомов, проявляющаясяв их способности к самопроизвольным превращениям (распаду), сопровождающимсяиспусканием ионизирующего излучения или радиацией

Радиация, или ионизирующее излучение — это частицы и гамма-кванты, энергия которых достаточно велика, чтобы при воздействии на вещество создавать ионы разных знаков. Радиацию нельзя вызвать с помощью химических реакций.

                    В каких единицахизмеряется радиоактивность?

Мерой радиоактивности служит активность. Измеряется в Беккерелях(Бк), что соответствует 1 распаду в секунду. Содержание активности в веществечасто оценивают на единицу веса вещества (Бк/кг) или объема (Бк/куб.м).
Также встречается еще такая единица активности, как Кюри (Ки). Это — огромнаявеличина: 1 Ки = 37000000000 Бк.
Активность радиоактивного источника характеризует его мощность. Так, висточнике активностью 1 Кюри происходит 37000000000 распадов в секунду.
                                                                                                                         4
Как было сказано выше, при этих распадах источник испускает ионизирующееизлучения. Мерой ионизационного воздействия этого излучения на веществоявляется экспозиционная доза. Часто измеряется в Рентгенах (Р).Поскольку 1 Рентген — довольно большая величина, на практике удобнеепользоваться миллионной (мкР) или тысячной (мР) долями Рентгена.
Действие распространенных бытовых дозиметров основано на измерении ионизации заопределенное время, то есть мощности экспозиционной дозы. Единицаизмерения мощности экспозиционной дозы — микроРентген/час.
Мощность дозы, умноженная на время, называется дозой. Мощность дозы идоза соотносятся так же как скорость автомобиля и пройденное этим автомобилемрасстояние (путь).
Для оценки воздействия на организм человека используются понятия эквивалентнаядоза и мощность эквивалентной дозы. Измеряются, соответственно, вЗивертах (Зв) и Зивертах/час. В быту можно считать, что 1 Зиверт = 100 Рентген.Необходимо указывать на какой орган, часть или все тело пришлась данная доза.
Можно показать, что упомянутый выше точечный источник активностью 1 Кюри (дляопределенности рассматриваем источник цезий-137) на расстоянии 1 метр от себясоздает мощность экспозиционной дозы приблизительно 0,3 Рентгена/час, а нарасстоянии 10 метров — приблизительно 0,003 Рентгена/час. Уменьшение мощностидозы с увеличением расстояния от источника происходит всегда и обусловленозаконами распространения излучения.

                              Чтовокруг нас радиоактивно?

     Воздействие на человека тех или иных источников радиации поможетоценить следующая диаграмма (по данным А.Г.Зеленкова, 1990).

/>

                                       Ядерные реакции

Общие сведения.

Явление деления тяжелых атомных ядер надва осколка было открыто Ганом и Штрассманом в 1939 г. При изучениивзаимодействия нейтронов различных энергий и ядер урана. Несколько позже, в1940 г. Советские физики К.А.Петржак и Г.И. Флеров обнаружили самопроизвольное(спонтанное) деление ядер урана. При спонтанном деление и делении, вызванномнейронами, как правило, образуется асимметричные осколки, отношение масскоторых примерно равно 3: 2.

При реакции деления выделяется оченьбольшая энергия. Энергия деления высвобождается в виде кинетической энергииядер-осколков, кинетической энергии испускаемых ядрами-осколками электронов,гамма-квантов, нейтрино, нейтронов.

Основная часть энергии деленияприходится на энергию ядер-осколков, поскольку под действием кулоновских силотталкивания они приобретают большую кинетическую энергию. Основная частьэнергии деления выделяется в виде кинетической энергии ядер-осколков.

Замечательным и чрезвычайно важнымсвойством реакции деления является то, что в результате деления образуетсянесколько нейтронов. Это обстоятельство позволяет создать условия дляподдержания стационарной или развивающейся во времени цепной реакции деленияядер. Действительно, если в среде, содержащей делящиеся ядра, один нейтронвызывают реакцию деления, то образующиеся в результате реакции нейтроны могут сопределенной вероятностью вызвать деление ядер, что может привести присоответствующих условиях к развитию неконтролируемого процесса деления. Числовторичных нейтронов не постоянно для всех тяжелых ядер и зависит как от энергиивызвавшего деление нейтрона, так и от свойств ядра-мишени. Среди нейтроновделения кроме так называемых мгновенных нейтронов, испускаемых за 10-15с после процесса деления, есть также и запаздывающие нейтроны. Они испускаютсяв течении нескольких минут с постепенно убывающей интенсивность. Мгновенныенейтроны составляют более 99% полного числа нейтронов деления, а их энергиязаключена в широком диапазоне: от тепловой энергии и до энергии приблизительноравной 10 МэВ.

Запаздывающие нейтроны испускаютсявозбужденными ядрами образующихся после бета-распада продуктов деления — ядер-предшественников. Поскольку испускание нуклонов возбужденным ядромпроисходит мгновенно, то во время испускания запаздывающего нейтрона после актаделения будет определяться постоянной  распада  ядра-предшественника.

Продуктыделения.

 В результате деления тяжелых ядеробразуются, как правило, два ядра-осколка с различной массой. В среднемотношение масс легких и тяжелых осколков равно 2: 3. Как правило, ядра-осколкиимеют большой избыток нейтронов и поэтому неустойчивы относительновета-распада. Массовые числа А продуктов деления меняются  от 72 до 161,а атомные номера от 30 до 65. Вероятность симметричного деления на два осколкас приблизительно равными массами  составляет всего 0,04%. Доля симметричногоделения возрастает по мере увеличения энергии первичного нейтрона, вызывающегоделение атомного ядра.

 

      Взаимодействие нейтронов сатомными ядрами 

Различные частицы (нейтроны, протоны,электроны, гамма-кванты и т.д.) могут взаимодействовать с атомными ядрами.Характер взаимодействия зависит от энергии частиц, их типа и свойств атомногоядра. Для оценки вероятности взаимодействия вводится величина, называемаямикроскопическим сечением взаимодействия. Физический смысл ее состоит вследующем. Пусть пучок нейтронов интенсивностью No падает намишень, состоящую из одного слоя ядер. Число ядер на единице поверхности равно М.Предположим, что при прохождении пучка через такой слой часть нейтроновпоглотиться в нем и через слой прошло N`. Тогдавероятность взаимодействия одного нейтрона с одним атомным ядром:

s=   No-N`

      NoM

Это и есть микроскопическое сечение, представляющеесобой эффективную площадь поперечного сечения  атомного ядра, попав в котороеналетающая частица вызывает ядерную реакцию или испытывает рассеяние.

В процессе экспериментальныхисследований энергетической зависимости сечения  взаимодействия частиц иразличных атомных ядер было обнаружено, что при определенных энергиях значениясечений резко возрастают, а при дальнейшем увеличении энергии сновауменьшаются. Это явление называется резонансом.

В практике реактостроения нейтроны поэнергии принято делить на следующие группы: быстрые нейтроны с энергией 0,10 — 10 МэВ, тепловые нейтроны, находящиеся в тепловом равновесии с ядрамисреды и имеющие энергию 0,005 — 0,2 эВ, и промежуточные (2 — 102эВ) и надтепловые (0,2 — 2 эВ).

При взаимодействии нейтрона и ядер могутпротекать следующие реакции: упругое рассеяние, неупругое рассеяние,радиационный захват, деление. Вероятность протекания определенной реакциихарактеризуется микроскопическими сечениями. В зависимости от энергии нейтронасечения могут изменятся. Так, в области быстрых нейтронов сечение радиационногозахвата примерно в 100 раз меньше сечения захвата тепловых нейтронов. Сечениеупругого рассеяния, как правило, почти постоянное для энергии выше 1 эВ.

Наряду с микроскопическими сечениями напрактике используются  также макроскопические сечения, под которымипонимают вероятность взаимодействия частицы в единице объема вещества. Если вединице объема  число ядер определенного типа есть N, томакроскопическое сечение = микроскопическое сечение S=sN. Как имикроскопическое, макроскопическое сечение также характеризует определенный типядерной реакции.

Цепная ядерная реакция

Ядерные реакторы.

 При делении тяжелых ядер образуетсянесколько свободных нейтронов. Это позволяет организовать так называемую цепнуюреакцию деления, когда нейтроны, распространяясь в среде, содержащей тяжелыеэлементы, могут вызвать их деление с испусканием новых свободных нейтронов.Если среда такова, что число вновь рождающихся нейтронов увеличивается, топроцесс деления лавинообразно нарастает. В случае, когда число нейтронов припоследующих делениях уменьшается, цепная ядерная реакция затухает.

Для получения стационарной цепнойядерной реакции, очевидно, необходимо создать такие условия, чтобы каждое ядро,поглотившее нейтрон, при делении выделяло в среднем один нейтрон, идущий наделение второго тяжелого ядра.   

Ядерным реактором называетсяустройство, в котором осуществляется и поддерживается управляемая цепнаяреакция деления некоторых тяжелых ядер.

Цепная ядерная реакция в реакторе можетосуществляться только при определенном количестве делящихся ядер, которые могутделиться при любой энергии нейтронов. Из делящихся материалов важнейшимявляется изотоп 235U, доля которого в естественном уранесоставляет всего 0,714 %.

Хотя 238U и делитсянейтронами, энергия которых превышает  1,2 МэВ, однако самоподдерживающаясяцепная реакция на быстрых нейтронах в естественном уране не возможна из-завысокой вероятности неупругого взаимодействия ядер 238U с быстрыминейтронами. При этом энергия нейтронов становится ниже пороговой энергииделения ядер 238U.

Использование замедлителя приводит куменьшению резонансного поглощения в 238U, так какнейтрон может пройти область резонансных энергий в результате столкновения сядрами замедлителя и поглотиться ядрами 235U, 239Pu, 233U, сечениеделения которых существенно увеличивается с уменьшением энергии нейтронов. Вкачестве замедлителей используют материалы с малым массовым числом и небольшимсечением поглощения (вода, графит, бериллий и др.).

Для характеристики цепной реакцииделения используется величина, называемая коэффициентом размножения К.Это отношение числа нейтронов определенного поколения к числу нейтроновпредыдущего поколения. Для стационарной цепной реакции  деления К=1.Размножающаяся система (реактор), в которой К=1, называется критической.Если К>1, число нейтронов в системе увеличивается и она в этом случаеназывается надкритической. При К< 1  происходит уменьшение числанейтронов и система называется подкритической. В стационарном состоянииреактора число вновь образующихся нейтронов равно числу нейтронов, покидающихреактор (нейтроны утечки) и поглощающихся в его пределах. В критическомреакторе присутствуют нейтроны всех энергий. Они образуют так называемыйэнергетический спектр нейтронов, который характеризует число нейтроновразличных энергий в единице объема в любой точке реактора. Средняя энергия спектранейтронов определяется долей замедлителя, делящихся ядер (ядра горючего) идругих материалов, которые входят в состав активной зоны реактора. Если большаячасть делений происходит при поглощении тепловых нейтронов, то такой реакторназывается реактором на тепловых нейтронах. Энергия нейтронов в такой системене превышает 0.2 эВ. Если большая часть делений в реакторе происходит припоглощении быстрых нейтронов, такой реактор называется реактором на быстрыхнейтронах.

В активной зоне реактора на тепловых нейтронахнаряду с ядерным топливом находится значительная масса замедлителя-вещества,отличающегося большим сечением рассеяния и малым сечением поглощения.

Активная зона реактора практическивсегда, за исключением специальных реакторов, окружена отражателем,возвращающим часть нейронов в активную зону за счет многократного рассеяния.

В реакторах на быстрых нейронах активнаязона окружена зонами воспроизводства. В них происходит накопление делящихсяизотопов. Кроме того, зоны воспроизводства выполняют и функции отражателя.

В ядерном реакторе происходит накопленияпродуктов деления, которые называются шлаками. Наличие шлаков приводит кдополнительным потерям свободных нейтронов.

Ядерные реакторы в зависимости отвзаимного размещения горючего и замедлителя подразделяются на гомогенные игетерогенные. В гомогенном реакторе активная зона представляет собой однороднуюмассу топлива, замедлителя и теплоносителя  в виде раствора, смеси илирасплава. Гетерогенным называется реактор, в котором топливо в виде блоков илитепловыделяющих сборок размещено в замедлителе, образуя в нем правильнуюгеометрическую решетку.

В основе производства тепловой и электрическойэнергии лежит процесс сжигания ископаемых энергоресурсов – угля, нефти, газа. Ав атомной энергетике — деление ядер атомов урана и плутония при поглощениинейтронов. Поэтому использование энергии атомного ядра, развитие атомнойэнергетики снимает остроту этой проблемы. Открытие деления тяжелых ядер призахвате нейтронов, сделавшее наш век атомным, прибавило к запасамэнергетического ископаемого топлива существенный клад ядерного горючего. Запасыурана в земной коре оцениваются огромной цифрой 1014 тонн. Однако основная масса этого богатства находится врассеянном состоянии – в гранитах, базальтах. В водах мирового океанаколичество урана достигает 4*109 тонн.Однако богатых месторождений урана, где добыча была бы недорога, известносравнительно немного. Поэтому массу ресурсов урана, которую можно добыть присовременной технологии и при умеренных ценах, оценивают в 108 тонн. Ежегодные потребности вуране составляют, по современным оценкам, 104 тонн естественного урана.

Важная проблема современногоиндустриального общества — обеспечение сохранности природы, чистоты воды,воздушного бассейна. Ученые обеспокоены по поводу «парниковогоэффекта», возникающего из-за выбросов углекислого газа при сжиганииорганического топлива, и соответствующего глобального потепления климата нанашей планете. Да и проблемы загазованности воздушного бассейна,«кислых» дождей, отравления рек приблизились во многих районах ккритической черте.

Атомная энергетика не потребляеткислорода и имеет ничтожное количество выбросов при нормальной эксплуатации.Если атомная энергетика заменит обычную энергетику, то возможностивозникновения «парника» с тяжелыми экологическими последствиямиглобального потепления будут устранены.

Чрезвычайно важным обстоятельствомявляется тот факт, что атомная энергетика доказала свою экономическуюэффективность практически во всех районах земного шара. Кроме того, даже прибольшом масштабе энергопроизводства на АС атомная энергетика не создаст особыхтранспортных проблем, поскольку требует ничтожных транспортных расходов, чтоосвобождает общества от бремени постоянных перевозок огромных количестворганического топлива.

                                  «Нет» атомной энергии/>

                        Историясоздания ядерного оружия.

/>1902 – 1903. Начало пути: А.Беккерель, Ф.Содди, Э. Резерфорд

Первыесигналы о том, что внутри атомов скрыты огромные запасы энергии, поступили какраз от того элемента, который впоследствии и подсказал способ ее извлечения. Всамом конце XIX века Антуан Анри Беккерель, пытавшийся обнаружить рентгеновскоеизлучение при флюоресценции солей урана, открыл явление радиоактивности –беккерелевы лучи.  Открытие А. Беккереля заинтересовало многих: во Франции имибыли, Мария и Пьер Кюри, Поль Виллар, в Англии – Эрнест Резерфорд и ФредерикСодди, в Германии и Австрии – Эгон Швейтлер, Стефен Майер, чуть позже – ОттоГан.

Но первыми доконца осознали, что попало им в руки, были все-таки Ф. Содди и Э. Резерфорд. Ипроизошло это не позже 1902-1903 годов, потому что уже в 1903 году Ф. Соддинаписал: «Атомная энергия, по всей вероятности, обладает несравненнобольшей мощностью, чем молекулярная энергия, <...> и сознание этого фактадолжно заставить нас рассматривать планету, на которой мы живем, как складвзрывчатых веществ, обладающих невероятной взрывной силой». (Спустя пятьлет Ф. Содди писал о возможности с помощью атомной энергии «превратить всюпланету в цветущий сад», но это не имело никакого значения, главные словауже были сказаны.)

Виды ядерных зарядов

     Атомные заряды.

Действиеатомного оружия основывается на реакции деления тяжелых ядер (уран-235,плутоний-239 и т.д.). Цепная реакция деления развивается не в любом количестведелящегося вещества, а лишь только в определенной для каждого вещества массе.Наименьшее количество делящегося вещества, в котором возможна саморазвивающаясяцепная ядерная реакция, называют критической массой. Уменьшение критическоймассы будет наблюдаться при увеличении плотности вещества.

Делящеесявещество в атомном заряде находится в подкритическом состоянии. По принципу егоперевода в надкритическое состояние атомные заряды делятся на пушечные иимплозивного типа. В зарядах пушечного типа две и более частей делящегосявещества, масса каждой из которых меньше критической, быстро соединяются друг сдругом в надкритическую массу в результате взрыва обычного взрывчатого вещества(выстреливания одной части в другую). При создании зарядов по такой схеметрудно обеспечить высокую надкритичность, вследствие чего его коэффициент полезногодействия невелик. Достоинством схемы пушечного типа является возможностьсоздания зарядов малого диаметра и высокой стойкости к действию механическихнагрузок, что позволяет использовать их в артиллерийских снарядах и минах.

В зарядахимплозивного типа делящееся вещество, имеющее при нормальной плотности массуменьше критической, переводится в надкритическое состояние повышением егоплотности в результате обжатия с помощью взрыва обычного взрывчатого вещества.В таких зарядах представляется возможность получить высокую надкритичность и,следовательно, высокий коэффициент полезного использования делящегосявещества.

 Термоядерные заряды.

Действиетермоядерного оружия основывается на реакции синтеза ядер легких элементов. Длявозникновения цепной термоядерной реакции необходима очень высокая (порядканескольких миллионов градусов) температура, которая достигается взрывомобычного атомного заряда. В качестве термоядерного горючего используетсяобычно дейтрид лития-6 (твердое вещество, представляющее собой соединениелития-6 и дейтерия).

 

Нейтронныезаряды.

Нейтронный зарядпредставляет собой особый вид термоядерного заряда, в котором резко увеличенвыход нейтронов. Для боевой части ракеты «Лэнс» на долю реакциисинтеза приходится порядка 70% освобождающейся энергии.

Чистый"заряд.

Чистый заряд-этоядерный заряд, при взрыве которого выход долгоживущих радиоактивных изотоповсущественно снижен.

Мощность ядерных боеприпасов

Ядерное оружиеобладает колоссальной мощностью. При делении урана массой порядка килограммаосвобождается такое же количество энергии, как при взрыве тротила массой около20 тысяч тонн. Термоядерные реакции синтеза являются еще более энергоемкими.Мощность взрыва ядерных боеприпасов принято измерять в единицах тротиловогоэквивалента. Тротиловый эквивалент — это масса тринитротолуола, котораяобеспечила бы взрыв, по мощности эквивалентный взрыву данного ядерногобоеприпаса. Обычно он измеряется в килотоннах (кТ) или в мегатоннах (МгТ).

В зависимости отмощности ядерные боеприпасы делят на калибры:

 -сверхмалый(менее 1кТ)

 -малый (от 1 до10 кТ)

 -средний (от 10до 100 кТ)

 -крупный (от100 кТ до 1 МгТ)

 -сверхкрупный(свыше 1 МгТ)

Термоядерными зарядамикомплектуются боеприпасы сверхкрупного, крупного и среднего калибров; ядерными- сверхмалого, малого и среднего калибров, Нейтронными — сверхмалого и малогокалибров.

Поражающие факторы ядерноговзрыва.

Поражающее действие ядерного взрываопределяется механическим воздействием ударной волны, тепло­вым воздействиемсветового излуче­ния, радиационным воздействием про­никающей радиации ирадиоактивного заражения. Для некоторых элементов объектов поражающим факторомявля­ется  электромагнитное   излучение (электромагнитный импульс) ядерноговзрыва.

Распределение энергии между по­ражающими  факторами  ядерного взрыва зависит от вида взрыва и ус­ловий, в которых онпроисходит. При взрыве в атмосфере примерно 50 % энергии взрыва расходуется наобра­зование ударной волны, 30 — 40% — на световое излучение, до 5 % — напроникающую радиацию и электромаг­нитный импульс и до 15 % —на радио­активноезаражение.

Для нейтронного взрыва характер­ны те жепоражающие факторы, одна­ко несколько по-иному распределяется энергия взрыва: 8— 10% — на образо­вание ударной волны, 5 — 8 % — на световое излучение и около85 % рас­ходуется на образование нейтронного и гамма-излучений (проникающей ра­диации).

Действие поражающих факторов ядерного взрыва налюдей и элементы объектов происходит не одновременно и различается подлительности воз­действия, характеру и масштабам по­ражения.

Ядерный взрывспособен мгновенно уничтожить или вывести из строя незащищенных людей, открытостоящую технику, сооружения и различные материальные средства. Основнымипоражающими факторами ядерного взрыва являются:

 -ударная волна

 -световоеизлучение

 -проникающаярадиация

 -радиоактивноезаражение местности

 -электромагнитныйимпульс

 Рассмотрим их.

Ударнаяволна

В большинствеслучаев является основным поражающим фактором ядерного взрыва. По своей природеона подобна ударной волне обычного взрыва, но действует более продолжительноевремя и обладает гораздо большей разрушительной силой. Ударная волна ядерноговзрыва может на значительном расстоянии от центра взрыва наносить поражениялюдям, разрушать сооружения и повреждать боевую технику.

Ударная волнапредставляет собой область сильного сжатия воздуха, распространяющуюся сбольшой скоростью во все стороны от центра взрыва. Скорость распространения еезависит от давления воздуха во фронте ударной волны; вблизи центра взрыва она внесколько раз превышает скорость звука, но с увеличением расстояния от меставзрыва резко падает.

За первые 2 секударная волна проходит около 1000 м, за 5 сек — 2000 м, за 8 сек — около 3000м.

Это служитобоснованием норматива N5 ЗОМП «Действия при вспышке ядерноговзрыва»: отлично — 2 сек, хорошо — 3 сек, удовлетврительно-4 сек.

Крайне тяжелые контузии и травмы у людей возникают при избыточном давлении более100 кПа (1 кгс/см2). Отмечаются   разрывы   внутренних органов,переломы костей, внутрен­ние кровотечения, сотрясение мозга, длительная потерясознания. Разры­вы наблюдаются в органах, содержа­щих большое количество крови(пе­чень, селезенка, почки), наполненных газом (легкие, кишечник) или имею­щиеполости, наполненные жидкостью (желудочки головного мозга, мочевой и желчныйпузыри). Эти травмы мо­гут привести к смертельному исходу.

Тяжелые контузии и травмы воз­можны при избыточных давлениях от 60 до 100кПа (от 0,6 до 1,0 кгс/см2). Они характеризуются сильной конту­зиейвсего организма, потерей созна­ния, переломами костей, кровотечени­ем из носа иушей; возможны повреж­дения внутренних органов и внутрен­ние кровотечения.

Поражения средней тяжести возни­кают при избыточном давлении 40 — 60 кПа(0,4—0,6 кгс/см2). При этом могут быть вывихи конечностей, кон­тузияголовного мозга, повреждение органов слуха, кровотечение из носа и ушей.

Легкие поражения наступают при избыточном давлении 20 — 40 кПа(0,2—0,4 кгс/см2). Они выражаются в скоропроходящих нарушениях функ­цийорганизма (звон в ушах, голово­кружение, головная боль). Возможны вывихи,ушибы.

Избыточные давления во фронте ударной волны 10кПа (0,1 кгс/см2) и менее для людей и животных, распо­ложенных внеукрытий, считаются безопасными.

Радиус поражения обломками зда­ний, особенноосколками стекол, раз­рушающихся при избыточном давле­нии более 2 кПа (0,02кгс/см2) может превышать радиус непосредственного поражения ударнойволной.

Гарантированная защита людей от ударной волныобеспечивается при укрытии их в убежищах. При отсутст­вии убежищ используютсяпротиворадиационные укрытия, подземные вы­работки, естественные укрытия и рель­ефместности.

Механическое   воздейст­вие ударной волны. Характер разрушения элементов объекта (пред­метов)зависит от нагрузки, создавае­мой ударной волной, и реакции пред­мета надействие этой нагрузки.

Общую оценку разрушений, вы­званных ударной волной ядерного взрыва,принято давать по степени тя­жести этих разрушений. Для большин­ства элементовобъекта, как правило, рассматриваются три степени—сла­бое, среднее и сильноеразрушение. Для жилых и промышленных зданий берется обычно четвертая степень—полное разрушение. При слабом раз­рушении, как правило, объект не вы­ходит изстроя; его можно эксплуати­ровать немедленно или после незна­чительного(текущего) ремонта. Средним разрушением обычно называют разрушение главнымобразом второ­степенных элементов объекта. Основ­ные элементы могутдеформироваться и повреждаться частично. Восстанов­ление возможно силамипредприятия путем проведения среднего или капи­тального ремонта. Сильноеразруше­ние объекта характеризуется сильной деформацией или разрушением егоосновных элементов, в результате чего объект выходит из строя и не может бытьвосстановлен.

Применительно к гражданским и промышленным зданиям степени разрушения характеризуются следующим состоянием конструкции.

Слабое разрушение. Разрушаются оконные и дверные заполнения и лег­киеперегородки, частично разрушает­ся кровля, возможны трещины в сте­нах верхнихэтажей. Подвалы и ниж­ние этажи сохраняются полностью. Находиться в зданиибезопасно, и оно может эксплуатироваться после про­ведения текущего ремонта.

Среднее разрушение проявляется в разрушении крыш и встроенных эле­ментов—  вутренних     перегородок, окон, а также в возникновении трещин в стенах,обрушении отдельных участ­ков чердачных перекрытий и стен верх­них этажей.Подвалы сохраняются. После расчистки и ремонта может быть использована частьпомещений нижних этажей. Восстановление зда­ний возможно при проведении капи­тальногоремонта.

Сильное разрушение характеризу­ется разрушением несущих конструк­цийи перекрытий верхних этажей, об­разованием трещин в стенах и дефор­мациейперекрытий нижних этажей. Использование помещений становится невозможным, аремонт и восстановле­ние чаще всего нецелесообразным.

Полное разрушение. Разрушаются все основные элементы здания, вклю­чаяи несущие конструкции. Использо­вать здания невозможно. Подвальные помещения присильных и полных раз­рушениях могут сохраняться и после разбора заваловчастично использо­ваться.

Наибольшие разрушения получают наземные здания,рассчитанные на собственный вес и вертикальные на­грузки, более устойчивызаглубленные и подземные сооружения. Здания с ме­таллическим каркасом средниеразру­шения получают при 20 — 40 кПа, а полные — при 60—80 кПа, здания кир­пичные— при 10 — 20 и 30 — 40, здания деревянные —   при 10 и 20 кПа соответ­ственно.Здания с большим количест­вом проемов более устойчивы, так как в первую очередьразрушаются запол­нения проемов, а несущие конструкции при этом испытываютменьшую на­грузку. Разрушение остекления в зда­ниях происходит при 2—7 кПа.

Объем разрушений в городе зави­сит от характерастроений, их этаж­ности и плотности застройки. При плотности застройки 50 %давление ударной волны на здания может быть меньше (на 20 — 40 %), чем наздания, стоящие на открытой местности, на таком же расстоянии от центра взры­ва.При плотности застройки менее 30 % экранирующее действие зда­ний незначительнои не имеет практи­ческого значения.

Энергетическое,  промыш­ленное и коммунальное обо­рудованиеможет иметь следую­щие степени разрушений.

Слабые разрушения: деформации трубопроводов, их повреждения настыках; повреждения и разрушении контрольно-измерительной аппарату­ры;повреждение верхних частей ко­лодцев на водо-, тепло- и газовых се­тях;отдельные разрывы на линии электропередач (ЛЭП); повреждения станков, требующихзамены электро­проводки, приборов и других повреж­денных частей.

Средние разрушения: отдельные разрывы и деформации трубопрово­дов,кабелей; деформации и повреж­дения отдельных опор ЛЭП; деформа­ция и смещениена опорах цистерн, разрушение их выше уровня жидкости;

повреждения станков, требующих ка­питального ремонта.

Сильные разрушения: массовые разрывы трубопроводов, кабелей иразрушения опор ЛЭП и другие раз­рушения, которые нельзя устранить прикапитальном ремонте.

Наиболее стойки подземные энер­гетические сети. Газовые, водопровод­ные иканализационные подземные се­ти разрушаются только при наземных взрывах внепосредственной близости от центра при давлении ударной вол­ны 600 — 1500 кПа.Степень и харак­тер разрушения трубопроводов зависят от диаметра и материалатруб, а также от глубины прокладки. Энергети­ческие сети в зданиях, какправило, выходят из строя при разрушении эле­ментов застройки. Воздушные линиисвязи и электропроводок получают сильные разрушения при 80 — 120 кПа, при этомлинии, проходящие в ради­альном направлении от центра взры­ва, повреждаются вменьшей степени, чем линии, проходящие перпендику­лярно к направлениюраспространения ударной волны.

Станочное оборудование предприя­тий разрушается при избыточныхдавлениях 35 — 70 кПа. Измерительное оборудование — при 20 — 30 кПа, а наиболеечувствительные приборы мо­гут повреждаться и при 10 кПа и даже 5 кПа. При этомнеобходимо учиты­вать, что при обрушении конструкций зданий также будетразрушаться обо­рудование.

Для гидроузлов наиболее опасны­ми являютсянадводный и подводный взрывы со стороны верхнего бьефа. Наиболее устойчивыеэлементы гид­роузлов — бетонные и земляные пло­тины, которые разрушаются придав­лении более 1000 кПа. Наиболее слабые — гидрозатворы водосливных плотин,электрическое оборудование и различные надстройки.

Степень разрушений (поврежде­ний)  транспортныхсредств зависит от их положения относитель­но   направления   распространенияударной волны. Средства транспорта, расположенные бортом к направлению действияударной волны, как прави­ло, опрокидываются и получают боль­шие повреждения,чем машины, обра­щенные к взрыву передней частью. Загруженные и закрепленныесредст­ва транспорта имеют меньшую сте­пень повреждения. Более устойчивы­миэлементами являются двигатели. Например, при сильных повреждениях двигателиавтомашин повреждаются незначительно, и машины способны двигаться своим ходом.

Наиболее устойчивы к воздействию ударной волныморские и речные суда и железнодорожный транспорт. При воздушном или надводномвзрыве по­вреждение судов будет происходить главным образом под действием воз­душнойударной волны. Поэтому по­вреждаются в основном надводные части судов —палубные надстройки, мачты, радиолокационные антенны и т. д. Котлы,вытяжные устройства и другое внутреннее оборудование по­вреждаются затекающейвнутрь удар­ной волной. Транспортные суда полу­чают средние повреждения придавлениях 60—80 кПа. Железнодорожный подвижной состав может эксплуатиро­ватьсяпосле воздействия избыточных давлений: вагоны—до 40 кПа, тепло­возы — до 70 кПа(слабые разру­шения).

Самолеты—более уязвимые объ­екты, чем остальные транспортные средства. Нагрузки,создаваемые из­быточным давлением 10 кПа, доста­точны для того, чтобыобразовались вмятины в обшивке самолета, дефор­мировались крылья и стрингеры,что может привести к временному снятию с полетов.

Воздушная ударная волна также действует нарастения. Полное по­вреждение лесного массива на­блюдается при избыточномдавлении, превышающем 50 кПа (0,5 кгс/см2). Деревья при этомвырываются с корнем, ломаются и отбрасываются, образуя сплошные завалы. При избы­точномдавлении от 30 до 50 кПа (03,— 0,5 кгс/см2) повреждается около 50 %деревьев (завалы также сплош­ные), а при давлении от 10 до 30 кПа (0,1 — 0,3кгс/см2) —до 30% деревьев. Молодые деревья более устойчивы квоздействию ударной волны, чем ста­рые и спелые.

Ядерный терроризм

Биологическиеосновы действия ионизирующего излучения на человека:

         Биологическое действиеионизирующего излучения на организм человека, согласно современнымпредставлениям, проявляется детерминированными и стохастическими эффектами.Детерминированные эффекты — лучевые поражения органов и тканей -имеют пороговыйхарактер и могут клинически проявляться при уровнях однократного облученияотдельных органов в дозе более 0,15 Гр**, либо хронического многолетнего облученияпри мощности эффективной дозы более 0,15 Зв/год. Лучевая болезнь человека можетразвиться при облучении костного мозга в дозе более 0,5 Гр, либо хроническоммноголетнем облучении при мощности эффективной дозы более 0,4 Зв/год.

            Единица поглощенной дозыв системе СИ — Грей, Гр (1 Гр=1 Дж/кг=100 рад). Мерой суммарного эффектахронического облучения человека в малых дозах является эффективная доза,измеряемая в Зивертах, Зв (1 Зв = 100 бэр). С помощью этой универсальнойвеличины учитываются особенности биологического действия на человека внешнихисточников ионизирующего излучения и инкорпорированных радионуклидов сразличной локализацией в организме (изотопы йода, цезия, стронция, плутония идр.).

            В соответствии собщепринятой консервативной радиобиологической гипотезой любой сколь угодномалый уровень облучения обусловливает определенный риск возникновениястохастических эффектов. К ним относят индукцию: злокачественныхновообразований (канцерогенное действие), некоторых врожденных пороков развития(тератогенное действие) и болезней у потомков облученных (генетическоедействие). Для количественной оценки частоты возможных стохастических эффектовиспользуется упомянутая выше гипотеза о линейной беспороговой зависимостивероятности отдаленных последствий от дозы излучения с коэффициентом риска 7 10-2 Зв.

Угрозытерроризма:

Построение эффективной иэкономичной системы безопасности ядерного комплекса должно опираться на анализпотенциальных последствий террористического акта. Уязвимость ядерных объектовтакже необходимо рассматривать в контексте защиты других важных отраслейпромышленности. (Крупномасштабная катастрофа, например, может быть вызванаразрушением хранилища токсичных и взрыво /пожароопасных химических реагентов,таких как этил бромида, двуокись хлора, нефтепродукты и т.д.). Акты терроризмав отношении ядерных объектов и материалов могут быть условно классифицированыследующим образом.

            Подрыв (или угрозаподрыва) ядерного взрывного устройства. Ядерный взрыв представляет собой наиболеестрашное проявление терроризма. В силу этого, сохранность стратегическихядерных материалов (высокообогащенного урана и плутония) и оружия являетсяжизненным вопросом национальной безопасности и должна быть главным приоритетомв организации защиты ядерного комплекса. Положение дел в этой области в Россиипродолжает быть неудовлетворительным и требует исправления. В дополнение кпревентивным мерам контроля и защиты материалов, необходимо создать техническиесредства и разработать процедуры по поиску и нейтрализации ядерных взрывныхустройств, контролю кризисной ситуации. К счастью, угроза применения ядерногооружия террористами остается пока гипотетической.

             Заражениерадиоактивными материалами. Использование радиоактивных материалов (цезия-137,плутония, кобальта-60 и т.д.) в широкомасштабных терактах подразумевает ихраспыление в виде аэрозолей или растворение в водоисточниках. Ликвидацияпоследствий подобной акции потребует значительных усилий. Однако в большинствесценариев террористических атак (растворение плутония в водоеме или егоаэрозольное распыление, подрыв контейнера с цезием-137) радиоактивное заражениеостанется локальным и не приведет к катастрофическому ущербу.

            Диверсия на ядерныхобъектах. В большинстве случаев, последствия повреждения установокисследовательских центров или предприятий топливного цикла будут носитьлокальный характер (в пределах промплощадки). Глобальная катастрофа возможнапри диверсии на реакторе АЭС, отличающемся от других ядерных установоксодержанием больших количеств радиоактивных материалов и высоким внутреннимэнерговыгоранием. В России повышенную опасность представляют 25 энергоблоковвосьми АЭС (6 ВВЭР-440, 7 ВВЭР-1000, 11 РБМК-1000 и 1 БН-600) и промышленныхреакторов в закрытых городах Минатома (по 2 в Томске-7 и Челябинске-65 и один вКрасноярске-26) .

            При нападении нареактор технически грамотный противник скорее всего будет стремиться кповреждению его систем жизнеобеспечения с целью расплавления реакторной зоны.Для реакторов типа ВВЭР возможна следующая цепочка событий: — повреждениесистем охлаждения реактора (основных трубопроводов, насосов и т.д.); — потерятеплоносителя и расплавление реакторной зоны, сопровождаемые паровым взрывомпри контакте расплавленного топлива с остатками воды в реакторном корпусе; — разрушение корпуса реактора и реакторного здания с последующим выбросомрадиоактивных продуктов деления.

            Аналогичные событиямогут быть инициированы в водографитовых реакторах типа РБМК и в промышленныхреакторах.

            Одним из наихудшихвозможных результатов террористической акции является повторение Чернобыльскойтрагедии, повлекшей за собой ущерб здоровью тысяч людей, вывод из оборотасельскохозяйственных угодий, потерю энергоисточника и затраты на ликвидациюпоследствий аварии. Даже в условиях предотвращения значительного выбросарадиоактивности долговременная остановка энергоблока способна вызвать большиеэкономические и социально-политические потери.

Защита от ядерного терроризма:

         Борьба с ядерным терроризмомтребует работы по многим направлениям. Важным вкладом, например, служит работаправоохранительных и специальных служб по нейтрализации террористических групп.Совершенно необходимой является система заранее подготовленных мер по ограничениюущерба и ликвидации последствий возможных ядерных происшествий. Однако главнымэлементом по сдерживанию и пресечению вооруженного нападения на ядерный объектявляется его система физической защиты. Предметом дальнейшего рассмотренияявляется организация защиты АЭС. Проблемы российских установок обсуждаются вконтексте опыта, накопленного на АЭС США.

            Первый шаг построениясистемы безопасности АЭС состоит в определении круга и ролей ответственныхорганизаций. В России главная ответственность за безопасность атомных станцийлежит на самих АЭС и их руководящей организации — концерне Росатомэнерго(Минатом). Работа по обеспечению безопасности ведется при активномсотрудничестве с правоохранительными органами и контролируется (пока что взначительной мере теоретически) Госатомнадзором.

                            Радиоактивное заражение

Основную часть облучения населениеземного шара получает от естественных источников радиации. Большинство из нихтаковы, что избежать облучения от них совершенно невозможно. На протяжении всейистории существования Земли разные виды излучения падают на поверхность Землииз космоса и поступают от радиоактивных веществ, находящихся в земной коре.Человек подвергается облучению двумя способами: радио- активные вещества могутнаходиться вне организма и облучать его снаружи; в этом случае говорят овнешнем облучении, или же они могут оказаться в воздухе, которым дышит человек,в пище или в воде и попасть внутрь организма- такой способ облучения называютвнутренним. Облучению от естественных источников радиации подвергается любойжитель Земли, однако одни из них получают большие дозы, чем другие. Этозависит, в частности, от того, где они живут. Уровень радиации в некоторыхместах земного шара, там, где залегают особенно радиоактивные породы,оказывается значительно выше среднего, а в других местах — соответственно ниже.Доза облучения зависит также от образа жизни  людей. Земные источники радиациив сумме ответственны за большую часть облучения, которому подвер- гаетсячеловек за счет естественной радиации. В среднем они обеспечивают более 5/6годовой эффективно эквивалентной дозы, получаемой населением, в основномвследствие внутреннего облучения. Остальную часть вносят космические лучи,главным образом путем внешнего облучения. С начала  прошлого века человек”покорил атом” и  к естественным источникам радиации добавились  источникисозданные самими людьми. Опасность получения радиоактивного облучения сильновозросла. Проблема радиационной обстановки очень актуальна на сегодняшний день:Много АЭС: Белоярская, Ленинградская, Балаковская, Минская, Брестская,Обнинская и т.д.   Ряд небольших аварий, большинство из которых очень тчательноскрывались (например, об аварии на Чернобыльской АЭС было упомянуто в газете“Правда” уже после избрания Генеральным секретарём ЦК КПСС Ю.В. Андропова).Сентябрь 1957 года. Авария на реакторе близ Челябинска. Радиацией была зараженаобширная территория. Население эвакуировали, а весь скот  уничтожили. 7 января1974 года. Взрыв на первом блоке Ленинградской АЭС. Жертв не было. 1977 год.Расплавление половины топливных сборок активной зоны на втором блоке БелоярскойАЭС. Ремонт с переоблучением персонала длился около года. Октябрь 1982 года.Взрыв генера- тора на первом блоке Армянской АЭС. Машинный зал сгорел. 27 июня1985 года. Авария на первом блоке Балаковской АЭС. Погибли 14 человек. Аварияпроизошла из-зa ошибочных действий мaлоопытного оперативного персонала. Многоатомных кораблей и подводных лодок. Проблема с выбросами радиоактивных отходов.Очень много вредных радиоактивных веществ  выбрасываются  в моря, реки и т.д.После аварий на АЭС иногда даже нет специальных контейнеров, в которых можнохранить радиоактивные вещества (в Чернобыле такие  контейнеры  строили  уже после  аварии,  подвергая  тем  самым  персонал  пере- облучению). Крупныеаварии:  Чернобыльская АЭС, Уральская АЭС. Естественно, что эти аварии вбольшей мере подрывают веру многих людей в  безопасность  использования  АЭС.Очень большой процент погибших и навсегда искалеченных людей. Но не одни АЭСявляются источниками повышенной радиоактивной опасности. О них и пойдет далееречь.

 

                                                Радиационно опасные объекты.

За последние несколько десятилетий человек создал несколько сотенискусственных радионуклидов и научился использовать энергию атома в самыхразных целях: в медицине и для создания атомного оружия, для производстваэнергии и обнаружения пожаров, для изготовления светящихся циферблатов часов ипоиска полезных ископаемых. Все это приводит к увеличениюдозы облучения как отдельных людей, так и населения Земли в целом.Индивидуальные дозы, получаемые разными людьми от искусственных источниковрадиации, сильно различаются. В большинстве случаев эти дозы весьма невелики,но иногда облучение за счет техногенных источников оказывается во много тысячраз интенсивнее, чем за счет естественных. Как правило, для техногенныхисточников радиации упомянутая вариабельность выражена гораздо сильнее, чем дляестественных. Кроме того, порождаемое ими излучение обычно легчеконтролировать, хотя облучение, связанное с радиоактивным и осадками от ядерныхвзрывов, почти так же невозможно контролировать, как и облучение, обусловленноекосмическими лучами или земными источниками. Радиационно опасные объекты- предприятия,при аварии на которых или при разрушении которых могут произойти массовыерадиационные поражения людей, животных, растений и радиоактивное заражениеокружающей природной среды. К ним относятся:

1)   Предприятия ядерного топливного цикла — урановая промышленность,радиохимическая промышленность, ядерные реакторы разных типов, предприятия попереработке ядерного топлива и захоронения радиоактивных отходов;

2)   Научно – исследовательские и проектные институты, имеющие ядерныеустановки;

3)   Транспортные ядерные энергетические установки;

4)   Военные объекты;

Во избежание аварий на радиационно опасных объектах необходимо соблюдатьтехнику безопасности. Режимы радиационной защиты — это порядок действиялюдей, применения средств и способов защиты в зонах радиоактивного заражения,предусматривающий максимальное уменьшение возможных доз облучения. Дляобеспечения радиационной безопасности при нормальной эксплуатации объектовнеобходимо руководствоваться следующими положениями:

1.Непревышение допустимых пределов индивидуальных доз облучения человека от всехисточников ионизирующего излучения (принцип нормирования).

2.Запрещение всех видов деятельности по использованию источников ионизирующегоизлучения, при которых полученная для человека и общества польза не превышаетриск возможного вреда, причиненного дополнительным к естественному фонуоблучения (принцип обоснования).

3.Поддержание на возможно низком и достижимом уровне с учетом экономических исоциальных факторов индивидуальных доз облучения и числа облучаемых лиц прииспользовании любого источника ионизирующего излучения (принцип оптимизации).

Радиоэкологическая обстановка в Нижневартовске/>

Изучениемрадиоэкологической обстановки в районах разработки нефтяных месторожденийНижневартовского района ЦГСЭН в г.Нижневартовске и Нижневартовском районезанимается с 1996 года.

Лаборатория радиационного контроля Испытательного Центра ЦГСЭН аккредитованав системах:
— Госсанэпидслужбы России, аттестат аккредитации № ГСЭН.RU.ЦОА.080.12
— Лабораторий радиационного контроля (САРК), аттестат аккредитации №41043-94/98.

Основным обнаруживаемым в практике эксплуатации объектовтопливно-энергетического комплекса фактором, свидетельствующим о появлениирадиационного загрязнения, является повышение мощности экспозиционной дозы ( МЭД) гамма-излучения. Измерения МЭД проводились на открытых площадках при отборепроб для гамма — спектрометрического исследования. Проведение гамма-съемкидоговором не предусматривалось. Уровень естественного гамма-фона наобследованных объектах ровный, низкий, в среднем от 4 до 8 мкР/ч.

Уровень техногенного гамма-фона на различных объектах контролянефтепромыслов колеблется от 4 до 30 мкР/ч, достигая 45 — 100 мкР/ч, научастках промышленных площадок, резервуаров и дорог, отсыпанных щебнем, в местахскладирования бывших в употреблении насосно-компрессорных труб, в шламовыхамбарах.

В соответствии с методическими указаниями по организации радиационногоконтроля на объектах нефтегазодобычи топливно-энергетического комплекса РФ(ТЭКРФ), если мощность экспозиционной дозы (МЭД) приближается к 2 — 3 кратномуфону окружающей местности или превышает 50 мкР/ч, то необходимо установлениерегулярного радиационного контроля (не реже 1 раза в 6 месяцев) с измерениемМЭД и загрязненности поверхностей альфа- и бета-активными нуклидами.

Такие объекты встречаются на всех обследованных нефтепромыслах, кроме ЗАОКомпании «Сибойл». МЭД свыше 50 мкР/ч зарегистрирована на одномобъекте — шламовом амбаре КСП-16, причем, в 1998 году-100 мкР/ч, в 1999 году-63 мкР/ч на обваловке (после засыпки содержимого его песком).

При измерении МЭД в помещениях установлено, что в целом превышение МЭД надфоном открытой местности составляет от 6,2 до 16,3 мкР/ч при норме не более,чем на 33 мкР/ч. Эффективная равновесная объемная активность радона и дочернихпродуктов его распада не превышает регламент. Данная ситуация говорит онезначительном вкладе строительных конструкций и материалов в лучевую нагрузкуна работающих .

Повышенный радиационный фон отмечался в 1996-1997 гг.только в НБ по РиНЭООАО ННГ-превышение на 38,8 мкР/ч при норме не более, чем на 33 мкР/ч.В1998-1999 гг.измерения не проводились, т.к. ОАО ННГ отказалось заниматьсяизучением радиационной обстановки на базах. Гамма-спектрометрическомуисследованию подвергались пробы добываемой продукции, подтоварной воды,попутной воды, воды после очистки, нефтешлам, отложения на оборудовании, грунт,щебень, песок, солевой раствор, солярка. соль.

В соответствии с методическими указаниями «Обращение с радиоактивнымиотходами на нефтегазовых промыслах России», утв. Минтопэнерго РФ, имеетместо значительное превышение содержания тория-232 и радия-226 в нефти товарной, добываемой продукции и пробах воды от 1,1 до 26 раз.

Превышение требований СПОРО-85 и НРБ-99 не зарегистрировано.

Таблица 1
МЭД на открытой местности объектов нефтепромыслов по результатам измерений в1996 — 1999 гг.

Объекты контроля МЭД, мкР/ч Превышение максимального фон макс. средн. значения над МЭД фона( во сколько раз ) 1999 г. 1996-1998 г ОДАО «Самотлорнефть» 4 — 9 6 — 16 6,2-11,7 2-2,6 2-3,2 ОДАО «Нижневартовскнефть» 3 — 10 7 — 39 6,2-13,2 2-2,8 2-7,5 ОДАО «Белозернефть» мар.15 7-100 5,6-45,5 2,3-2,8 2 — 8 ОДАО «Приобнефть» 4 — 8 7 — 28 6,1-16,7 работы не проводились 2 — 5 ОАО «Черногорнефть» 5 — 25 8 — 48 6-38,3 2-4,7 - Ермаковское НГДП 4 -14 8 — 19 7-17,4 2,2-2,8 2,2-2,8 ООО СП «Черногорское» 4 — 8 8 — 27 6,9-12 2,1-2,3 2-5,4 ООО СП «Ваньеганнефть» 3 — 8 5 -18 4,2-13,4 2,1-3,6 2-3,3 ЗАО Компания «Сибойл» 7 — 9 9 — 11 8,6-10,9 - работы не проводились АНК «Башнефть» НГДУ «Башсибнефть» 4-6,9 10 — 14 6,5-8,6 2-2,8 работы не проводились

Содержание ЕРН и ИРН в механических примесях с внутренней поверхностиподземного оборудования в основном не превышает гигиенических нормативов, ноубедительно доказывает, что технологическое оборудование в процессеэксплуатации загрязняется радиоактивными осадками. Исключением является ОДАО«БН», где в 1997 году на отложениях с желонки ПРЦЭО обнаруженозначительное превышение регламента НРБ-99 по содержанию 232Th и Аэфф.: -232Th — 2064 ± 887,5 Бк/кг при норме не более 1 кБк/кг, превышение в 2,1 раза, Аэфф. — 5941 ± 572,7 при норме не более 3,7 кБк/кг, превышение в 1,6 раза.

Гамма-спектрометрическое исследование проб нефтешлама и реагентов не выявилопревышение гигиенических нормативов содержания ЕРН и ИРН. За 4 годаисследования проб грунта обнаружено превышение требований СПОРО-85 в 1999 годув обваловке шламового амбара КСП-16 ОДАО «Белозернефть»
— по торию-232 (232Th) — в 1,7 раза,
— по эффективной активности (Аэфф.) — в 1,1 раза.

Уровень загрязнения поверхностей альфа- и бета-активными радионуклидами восновном не превышает гигиенических нормативов, кроме некоторых объектов.

В 1999 году было увеличено количество исследований альфа- ибета-загрязненности кожных покровов работающих. Результаты оказалисьошеломляющими: из 9 обследованных предприятий только в 3 не было обнаруженопревышение регламента ( ОДАО «Самотлорнефть», ОДАО«Нижневартовскнефть» и ЗАО Компания «Сибойл»). Во всех остальныхсодержание альфа-частиц в смывах с рук работающих превысило ведомственныенормативы Минтопэнерго в 1,4 — 9 раз, а требования НРБ-96 — от 1,1 до 4,5 раз.Окончательное заключение о причинах загрязнения кожных покровов пом.бурильщика,оператора, пом.оператора, слесаря дать нельзя из-за ограниченного количестваисследований (12 проб), но предварительный вывод можно сделать: работающиелибо обеспечены рукавицами в недостаточном количестве, либо применяемыесредства защиты недостаточны для защиты от загрязнения радионуклидами.

Параллельно с радиационным обследованием нефтепромыслов проводилась работапо изучению радиоэкологической обстановки на прилегающей территории 3 объектов:
— ООО СП «Ваньеганнефть»,
— ЗАО Компания «Сибойл»,
— АНК «Башнефть».

Отбор проб почвы и растительности проводился по ярусам:
— почва на поверхности, на глубине 2-3 и 5-6-см.,
— мхи,
— травы,
— низкорослые кустарники,
— высокорослые кустарники,
— деревья лиственных пород,
— деревья хвойных пород.

Исследовалась вода проток и малых рек, протекающих по территории нефтепромыслана содержание естественных и искусственных радионуклидов.

Кроме того, питьевая вода источников централизованного водоснабженияисследовалась в соответствии с СанПиН 2.1.4.559-96 «Питьевая вода.Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевоговодоснабжения. Контроль качества.».

Распределение и накопление ИРН и ЕРН по годам разными растениями происходитнеравномерно. Какой-либо закономерности не установлено из-за недостаточногоколичества исследованных проб. Превышение требований СанПиНа зарегистрированоне было.

Изучение радиоэкологической обстановки на объектах нефтепромысловНижневартовского района ведется 4 года. Накоплен значительный материал, нонедостаточный для того, чтобы делать какие-либо глобальные выводы. причин дляэтого несколько:
— крупные нефтегазодобывающие предприятия выделяют настолько мало денежныхсредств, что даже учитывая то, что ЦГСЭН 30-50% работы делает дополнительно кзаключенным договорам бесплатно, этого объема недостаточно, чтобы провестипервичное обследование предприятия в том объеме, который предусмотрен пакетомдокументов Минтопэнерго,
— малые предприятия — ООО СП «Ваньеганнефть», ЗАО Компания«Сибойл», АНК «Башнефть» провели обследование только в 1999году, т.е. ни изучена динамика накопления и распространения ЕРН и ИРН,
— все полученные данные оседают в отделах у специалистов, не используются вработе, не пересылаются в Центр радиационной безопасности Минтопэнерго дляанализа и обобщения,
— существующие ведомственные нормативы значительно расходятся с НРБ-99 иСПОРО-85 в сторону ужесточения,
— нет утвержденных методик исследования нефти, подтоварной воды и т.д., работаведется в соответствии с указаниями пакета документов Минтопэнерго: т.е. поинструкциям по эксплуатации используемых средств измерений. При использовании вработе альфа-, бета-спектрометрического комплекса «Прогресс»результаты исследования зачастую идут в виде «0±7,36». То есть,программу «Прогресс» (НПП «Доза» ВНИИФТРИ), возможно, и можноиспользовать, но при этом нужны методики специальной подготовки проб(концентрирование и т.п.).

Если до 1998 года у нас были только 4 документа из 7 пакета документовМинтопэнерго, и все методические указания по организации радиационного контроляносили рекомендательный характер, то в 1999 году вышел Закон Ханты-МансийскогоАвтономного Округа «О радиационной безопасности» от 5.01.99 г. №3-03, где в ст. 28 указано, что предприятия добывающей и перерабатывающейотраслей промышленности и ТЭК, не связанные с ядерно-топливным циклом, обязаныпроводить радиационный контроль и принимать меры по радиационной безопасности.Несмотря на это руководство большинства нефтегазодобывающих предприятий несчитает себя обязанным заниматься организацией радиационного контроля.

К сожалению, нет нормативных и даже методических документов о радиационномконтроле за скважинами, в которых оставлены, а затем «захоронены»ИИИ. На нашей территории — это источники гамма- и нейтронного излучения:цезий-137 с периодом полураспада 30 лет и плутониево-бериллиевые источники с периодомполураспада плутония-238 — 87,74 года, которые применяются при радиоактивномкаротаже.

Необходимость в НТД есть, т.к. все чаще встает вопрос, можно ли ихэксплуатировать, на каком расстоянии бурить новые скважины и т.п.

В настоящее время разработаны «Научно-методические основы формированияфедеральной системы радиационно-экологической безопасности контроля в ТЭКРоссии» (система РЭБК ТЭК). Имеется проект «Концепции созданиясистемы РЭБК ТЭК», в разработке которого принимали участие не только ГЛАРКМинтопэнерго России, но и ГНЦ РФ «ФЭИ» Минатома России ( г.Обнинск ),ЦМИИ ГП «ВНИИФТРИ» Госстандарта России.

Ведется планомерный радиационный контроль на объектах, где производилисьядерные взрывы, например, в Пермской области, но ведь любая работа бесмысленнабез контроля, т.е. без проведения аналогичных исследований на незагрязненнойтерритории, которой и может стать Нижневартовский район.

                      «Да»атомной энергии

Ядерная энергетика — оченьмолодая отрасль науки и техники. Первая в мире атомная электростанция (АЭС) вг. Обнинске Калужской области вошла в строй всего четверть века назад: 27 июня1954 г. она выдала электрическую энергию в Московскую энергосеть. За это времяядерная энергетика выросла, возмужала и вышла на широкую дорогу промышлен­ногопроизводства электрической энергии во многих странах мира — Со­ветском Союзе,США, Англии, Франции, Канаде, Италии, ФРГ, Японии, Швеции, Чехословакии, ГДР,Болгарии, Швейцарии, Испании, Индии, Пакистане, Аргентине и др. |На январь 1981г. во всем мире введено бо­лее 250 атомных электростанций (блоков)установленной мощностью около 140 млн. кВт. Ни одна отрасль техники неразвивалась так быстро, как ядерная энергетика. Обычным электростанциямпонадобилось 100 лет, чтобы достичь такого уровня инженерной техники иэксплуатации, какого достигла уже к 1975 г. ядерная энергетика.

Ученые-атомщики, руководителисоответствующих фирм и ведомств по-разному представляют развитие ядернойэнергетики, но в одном они сходятся: у нее хорошие перспективы и в недалекомбудущем на какое-то время она станет одним из основных источников полученияэнергии, в том числе электрической. Предполагается, что уже в 1985 г. ростатомно-энергетических мощностей в мире достигнет 300 млн. кВт (некоторые экспер­тысчитают эту цифру завышенной, учитывая энергетический кризис и некоторыеполитические обстоятельства). На Х конгрессе Международной энергетическойконференции в Стамбуле в сентябре 1977 г. суммарная мощность АЭС в мире к 2000г. определялась в 1300—1650 млн. кВт. По новым прогнозам зарубежных ученых,удельный вес мировой ядерной энергетики к 2000 г. достигнет 25—30% (и даже 40%)общей выработки электрической энергии в мире… Такому росту ядерной энергетикиспособствует ряд обстоятельств:

с одной стороны — уменьшение природныхзапасов органического топлива (газа, нефти, а во многих экономических районах иугля), их повышенная сернистость, зольность, вызывающая загрязнение окружающейсреды при сжигании этих видов топлива, резкое удорожание и сложность их добычии т. д., с другой — постоянный рост потребности человечества в топливе иэлектроэнергии. При истощении запасов органического топлива исполь­зованиеядерного топлива (урана, тория и плутония) — пока единствен­ный реальный путьнадежного обеспечения человечества так необходимой ему энергией. Как известно,при делении ядер урана и плутония выделяет­ся огромное количество энергии,использование которой позволяет созда­вать крупные АЭС промышленного типа.

Уран широко распространен вприроде, но богатых по содержанию залежей урановых руд (как, скажем, железа илиугля) нет. Промышлен­ные урансодержащие руды имеют очень небольшуюконцентрацию: 0,1-0,5% и даже меньше 0,08-0,05%. Правда, встречаются богатые,уни­кальные месторождения с содержанием до 10%, но их очень мало и за­пасыурана в них сравнительно невелики. В земной коре урана много, но он почти весьнаходится в рассеянном состоянии и не в собственно урановых, а в урансодержащихминералах, где он изоморфно замещает торий, цирконий, редкоземельные элементы.Уран содержится и в гранитах, и в базальтах, но концентрация его там настолькомала (4-10~4 и 1-10~*% соответственно), что извлечение станетвозможным только в очень отдаленном будущем. Однако эти микроколичествапредставляют собой грандиозную цифру: 300 тыс. Q(=3-1014 кВт-ч). По некоторым прогно­зам, запасы урана и тория вземной коре могут обеспечить челове­чество энергией на протяжении 3 млрд. летпри ежегодном потреблении З-Юккал.

Поиск урана, и, главное, определение его запасов как оченьценного и важного стратегического сырья проводится во многих странах мира. Вкапиталистических странах первые три места по запасам и содержанию урана врудах занимают Канада, ЮАР и США. По добыче первое место занимают США, второеКанада, третье ЮАР. В природе есть один-единственный изотоп урана, которыйможет под­держивать цепную реакцию деления ядра урана — это уран-235. В одномакте деления ядра урана выделяется энергия на один атом в 200 млн. раз большая,чем при любой химической реакции. Если бы все изотопы в 1 г урана подверглисьделению, то выделилась бы энергия в 20 млн. ккал, что соответствует 23 тыс.кВт-ч тепловой энергии. Однако в природном Уране очень трудно получитьсамоподдерживающуюся цепную реакцию деления, так как делящийся изотоп уран-235в нем содержится в незна­чительном количестве—всего 0, 71%, а остальные 99, 29%составляет не­делящийся изотоп уран-238. Поэтому создаются специальныеустройства — ядерные котлы, реакторы, в которых при определенных контролируемыхусловиях происходит самоподдерживающаяся цепная реакция деления ядер тяжелыхэлементов. Такие реакторы, имеющие в своем составе ядер­ное топливо (горючее),специальные виды замедлителя нейтронов, отра­жатель и охладитель, позволяют изнеделящихся изотопов урана-238 или тория-232 получать делящиеся изотопы урана-233и новый вид ядерного топлива — плутоний-239, которые затем могут бытьиспользованы в ка­честве ядерного горючего.

Именно в образовании новых дополнительных количеств делящихся изотопов(а не только в израсходовании загруженного в реактор топлива) заключаетсяисключительная ценность и специфическая особенность ядер­ного горючего. Кромеобычного воспроизводства, возможно так называе­мое расширенное, при которомобразующегося ядерного горючего полу­чается больше, чем его потребляется(отношение числа получающихся атомов делящегося вещества к числу потребленныхназывается коэффи­циентом воспроизводства). С помощью процесса воспроизводстваядер­ного горючего (за счет неделящихся изотопов урана или тория) можно вомногораз увеличить мировые запасы ядерного горючего, что и пыта­ютсяосуществить введением в эксплуатацию реакторов на быстрых нейтронах.

Чтобы в системе, в данном случае в ядерном реакторе, содержащейделящиеся изотопы, например уран-235, могла поддерживаться цепная реакция,необходимо выполнение ряда условий. Во-первых, масса деля­щегося веществадолжна быть не меньше критической, т. е. система должна содержать уран-235 вколичестве, достаточном для того, чтобы в среднем один нейтрон из числаполучающихся при каждом акте деления ядра смог бы вызвать следующий актделения, прежде чем он покинет систему. Во-вторых, система, содержащая ядерноетопливо, должна быть окружена материалом, который как бы улавливает выходящиеиз нее нейтроны и возвращает их обратно, т. е. отражает. Вообще в природе не существуетматериала, отражающего нейтроны непосредственно в обратном направ­лении.Механизм работы отражателя состоит в том, что попадающие в него нейтроныбеспорядочно движутся по искривленным траекториям и, не испытывая захвата состороны атомов отражателя, в конце концов частич­но (в идеальном случае до 50%)попадают обратно в активную зону. Третье условие — это снижение вредногозахвата нейтронов в неделящих­ся материалах системы, которые непосредственно неучаствуют в цепной реакции, но их ядерные характеристики таковы, что требуютоптималь­ного решения в выборе соответствующих материалов с точки зрения сохра­нениянейтронов.

И, наконец, одним изважнейших условий осуществления полностью контролируемой цепной реакции деленияядер атомов служит наличие средств управления ею, т. е. регулирования ее хода искорости про­хождения.

                     Использование радиоактивности   

Явление радиоактивностиположило начало бурному развитию новых направлений в химии и физике, которые, всвою очередь, стали фундаментом для создания атомно-промышленного комплекса.

Первыепредприятия атомной промышленности были направлены на создание атомной бомбы,что и было впервые сделано в США. В боевых целях ядерное оружие было применено6 и 9 августа 1945 года, когда американцами были взорваны две атомные бомбы надяпонскими городами Хиросима и Нагасаки. Первым предприятием атомнойпромышленности, созданным в СССР, стало производственное объединение “Маяк”,предназначенное для получения делящихся ядерных материалов. Первые предприятияядерного комплекса формировались в условиях “гонки вооружения”, к тому жеэффекты воздействия радиации на организм человека и окружающую среду были малоизучены, что и привело к необдуманному сбросу отходов, крупномасштабномузагрязнению окружающей среды и росту числа заболеваний у работников атомнойпромышленности и населения, проживающего в зоне радиоактивного загрязнения,вследствие неверного нормирования доз облучения.

В настоящеевремя атомно-промышленный комплекс представляет собой разветвленную сетьпредприятий с различными целями и задачами. В него входят предприятиявоенно-промышленного комплекса, АЭС, научно-исследовательские центры иинституты.

За последниедесятилетия произошла переоценка эффектов влияния атомной радиации на человекаи окружающую среду. Был введен запрет на испытания и распространение ядерногооружия, а также подписано несколько договоров о сокращении ядерного вооружения.29 июля 1957 года была учреждена МАГАТЭ – автономная межправительственнаяорганизация по вопросам мирного использования ядерной энергии. Целью еесоздания стал контроль за деятельностью стран с развитой атомнойпромышленностью в соответствии с целями и принципами ООН, направленными наукрепление мира и поощрение международного сотрудничества. Международныеорганизации, работающие в сфере изучения влияния радиации на человека и ОС,периодически пересматривали степень ее опасности в сторону повышения. С 30-ыхгодов этот уровень возрос в тысячу раз. Международная комиссия радиационнойзащиты официально признала концепцию беспорогового действия радиации наздоровье человека.

В настоящеевремя существует 2 мнения относительно дальнейшего развития атомнойпромышленности:

Атом –безусловное благо. Наиболее приоритетным путем развития энергетики являетсясоздание большого числа АЭС. На здоровье человека влияют исключительно большиедозы; атом настолько полезен, что следует облучать даже продукты питания дляболее длительного хранения.

Атом не можетбыть благом для человечества из-за неисключенной вероятности атомно-техногенныхглобальных катастроф, его пагубного влияния на ОС и здоровье человека, вплотьдо смертельного исхода.

                        

Литература

1. Г.Кесслер “Ядерная энергетика” Москва: Энергоиздат, 1986 г.

2. Т.Х.Маргулова “Атомная энергетикасегодня и завтра” Москва: Высшая школа, 1989 г.

3.«Характеристикиядерного оружия» (The Effects of Nuclear Weapon), Самуэль Гласстон,Филипп Долан, 1977 г.

4.Кудрявцев П.С. Курс истории физики.
// М., Просвещение, 1982 г.

5.Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочникпо физике.
// М., Наука, 1990 г.

 

                                

РЕФЕРАТ

По физике на тему:

Атомная энергия

                                         

                                                                                              Работувыполнила

                                                                                             Студентка I курса группы Б-355

                                                                                             Сафина Энже

                                                                                              Работу проверила

                                                                                               ШакироваА.Ф.