?

Log in

No account? Create an account

Previous Entry | Next Entry

Я решил начать довольно длинную тему по сравнению радиоактивного наследия от ядерной и термоядерной энергетике, или проще говоря, внимательно посмотреть насколько достоверна декларируемая "чистота" ТЯЭС. Для того, что бы полноценно разобраться во всех деталях этой тематики придется погрузиться как в разные тонкости топливных циклов, оборота радиоактивных отходов, так и в само понятие радиоактивности и его биологические аспекты.

Начнем мы с ликбеза: замечательной статьи geektimes юзера egigd, а уже в следующий раз углубимся в радиоизотопы.

Немножко про радиацию


Я уже привык к тому, что для большинства людей радиация — область мифологии, а не науки. Но тут наткнулся на эту запись, в которой уже типа профессионал объясняет безумную опасность советских датчиков дыма. После этого решил, что стоит таки заняться просветительством.

Вред радиации


Каков ответ на вопрос «вредна ли радиация»? Такой же, как и на вопросы «вредна ли температура?» или «вреден ли свет?». Вредно не само явление, а выход его численных параметров за оптимальные для жизни пределы. Многочисленные опыты на животных показали небольшое увеличение средней продолжительности жизни, усиление иммунитета и т.д. при некотором дополнительном, относительно природного, облучении. Они же показали уменьшение всех этих параметров при дальнейшем увеличении дозы радиации. Разумеется, не было никакой универсальной для всех видов животных дозы, дающей оптимальный результат, у всех она разная. Никто не знает, какой уровень радиации был бы идеальным для человека, т.к. для этого пришлось бы поставить контролируемые опыты на десятках тысяч людей.

Зато известно другое: к разным факторам человек имеет разную чувствительность. Так, например, человек хорошо себя чувствует при температуре 300 К (27 °C), но если изменить её всего на 10%, до -3 °C или 57 °C, то без защитного снаряжения (соответствующей одежды) лишь немногие тренированные люди смогут выжить. Если изменить её на 20%, до -33 °C или 87 °C, то ни один человек без защиты долго не выживет. А вот плавное изменение освещённости в 10-20 раз человек не замечает вообще. Разница между ярким искусственным освещением и освещённостью на улице в солнечный день — около 1000 раз… Разумеется, в полной темноте человек хоть и может выживать, но с большим трудом, а слишком яркое освещение уже вызовет проблему с температурой. Но в общем и целом допустимый диапазон изменений — многие тысячи раз.

Какова чувствительность человека к радиационному облучению? Достаточно низкая. Природный уровень радиации в разных уголках планеты меняется крайне значительно. Если в среднем по всей Земле человек получает дозу 2,4 мЗв в год, то в некоторых местах — лишь 1 мЗв, а в других — 10, а то и 15-20 с лишним. Но никаких достоверных данных, показывающих, что этот разброс оказывает влияние на здоровье, не обнаружено. Так, например, повышенным дозам облучения подвергаются жители Швейцарии, которая славится высокой продолжительностью жизни своих граждан. Ещё больше дозы радиации получают космонавты — около 0,5 мЗв в… день! Т.е. за месяц они получают столько, сколько жители самых радиоактивных уголков планеты за год.

Конечно, это не повод лезть на экскурсию под саркофаг четвёртого энергоблока ЧАЭС. Там вы за минуту получите дозу больше, чем за месяц на МКС, а такое облучение совершенно достоверно оказывает крайне неблагоприятное влияние на продолжительность жизни. Но и бояться всего и вся тоже не стоит.

Единицы измерения радиации


В прошлом разделе я всюду использовал единицу «мЗв». Это — «миллизиверт». Давайте разберёмся, что это такое, и какие вообще единицы измерения тут есть.

Начнём с того, что на слуху — рентгена (Р). В рентгенах измеряется только исключительно рентгеновское и гамма-излучение. Этой единицей измеряют так называемую экспозиционную дозу, т.е. то, сколько ионов рождает излучение в сухом воздухе. Она предельно удобна при измерениях с помощью ионизационной камеры, т.к. этот тип датчика измеряет именно количество ионов (точнее — их суммарный заряд). Дозу в рентгенах можно получить напрямую, в то время как все остальные дозы измеряются опосредованно, оставляя простор для ошибок измерений. Но, с другой стороны, эта доза не указывает напрямую то, какой вред излучение наносит человеку, да и для бета- и альфа-излучения с прочими нейтронами ею пользоваться нельзя, она для них не определена.

Следующая единица — это рад. Рад — это единица поглощённой дозы любого излучения. Т.е. то, сколько энергии ионизирующего излучения поглотила единица массы вещества. Рад равен 100 эрг на 1 грамм или 0,01 Дж на 1 кг. Также в радах измеряется керма. Керма — это сколько кинетической энергии получают заряженные частицы вещества при поглощении этим веществом ионизирующего излучения, не несущего заряд (гамма, нейтроны). В большинстве случаев поглощённая доза и керма весьма точно совпадают, так что не забивайте себе этим голову. Если воздух поглотит 0,88 рад гамма-излучения, то в нём появится ионов на 1 Р. Можно условно сказать, что 1 Р = 0,88 рад, а 1 рад гамма-излучения равен 1,14 Р. Впрочем, т.к. всё равно воздух неточно соответствует тканям человека, да и ткани есть разные, плюс погрешность дозиметров редко бывает меньше 20%, обычно считают 1 Р = 1 рад. Недостатком рада, а точнее — поглощённой дозы, является то, что она не учитывает существенно разное действие на организм различных видов излучения.

Следующая единица — это биологический эквивалент рада (бэр). Бэр — это единица эквивалентной дозы. Т.е. тут учитывается, что быстрые нейтроны при той же энергии нанесут в 10, а альфа-частицы — в 20 раз больше вреда организму, чем гамма- или бета-излучение. Соответствующие коэффициенты есть (или могут быть получены) для абсолютно любых видов ионизирующего излучения. Также в бэрах измеряется эффективная доза, в которой учитывается различная чувствительность разных органов. Если человек облучается полностью равномерно, то эквивалентная и эффективная доза совпадают, но в случае, если какие-то части тела облучаются сильнее, а какие-то слабее, могут быть заметные различия. Так, например, руки выдерживают весьма большие дозы, а вот спинной мозг очень чувствителен к облучению. В бэрах также измеряется амбивалентный эквивалент дозы — такая «сферическая доза в вакууме». Без шуток, она определена для 30 см шара строго нормированного состава, используется для всяких тестов, моделирования и т.д.

Далее у нас идёт грей (Гр). Грей — это аналог рада в системе СИ. 1 Гр = 1 Дж/кг = 100 рад.

Ну и, наконец, зиверт (Зв). Это — аналог бэра в СИ. 1 Зв = 100 бэр. Соответственно, мЗв, который я использовал в первом разделе, равен 0,001 Зв или 0,1 бэр.

Кроме дозы есть ещё активность радиоактивного вещества. Т.е. то, сколько распадов в нём происходит за определённое время. Активность измеряют либо в кюри (Ки), либо в беккерелях (Бк). Кюри — активность одного грамма радия-226, очень большая величина. Беккерель — один распад в секунду, очень малая величина. 1 Ки = 37 ГБк.

Чтобы было проще ориентироваться, приведу некоторые числа:
— уровень гамма-радиации в моей комнате примерно 7 мкР/ч, 0,07 мкГр/ч и 0,07 мкЗв/ч (мощности соответственно экспозиционной, поглощённой и эквивалентной доз). Уровень гамма-радиации на отделанных гранитом платформах Московского метро примерно вдвое выше (плюс доза альфа-облучения лёгких от повышенного уровня радона);
— единовременная доза, при которой может начаться лучевая болезнь — 100 Р, 1 Гр и 1 Зв;
— активность природного радиоактивного калия-40 в банане составляет примерно 20 Бк, в килограмме бананов — 130 Бк.

Приборы измерения радиации


В принципе есть огромное количество разных приборов и методов измерения радиации, но я тут расскажу только о том, с чем в принципе может столкнуться человек, не работающий в соответствующих направлениях.

В магазинах вы можете встретить «индикаторы радиоактивности», «дозиметры» и «дозиметры-радиометры».

Первые — это приборы, которые не проходят сколько-нибудь существенных испытаний и вообще на точность измерений не претендуют. Почти всегда они сделаны на базе счётчика Гейгера типа СБМ-20. Реже — на базе миниатюрного СБМ-21 или на базе чувствительных к альфа-излучению счётчиков, например Бета-1 или Бета-2. Многие считают, что такие приборы могут занижать показания. Некоторые «профессионалы» заявляют, что при низкой энергии гамма-излучения, на уровне 30-100 кэВ, приборы на СБМ-20 и СБМ-21 занижают в разы, а ниже вообще не фиксируют. Мой же опыт показывает, что всё с точностью до наоборот: при низкой энергии гамма-излучения (опыты ставились с 59 кэВ) они в разы завышают свои показания. Конечно, гамма-излучение совсем низкой энергии они не зафиксируют, но оно и не представляет большой опасности, т.к. поглощается ещё в коже. Бета-1 и Бета-2 фиксируют все виды излучения, причём ещё сильнее завышают показания при низкой энергии гамма-излучения.

Дозиметром честный производитель обычно называет прибор, точности измерения которым уделялось какое-никакое внимание. Чаще всего они тоже сделаны на базе СБМ-20, но тот уже закрыт специальным съёмным фильтром, который ослабляет гамма-излучение низкой энергии и полностью поглощает бета-излучение. Это позволяет точно измерить уровень гамма-излучения в широком диапазоне энергий. Также эти приборы обычно умеют интегрировать показания за длительное время, показывая не только мощность дозы, но и саму дозу. Приборы по-лучше содержат датчики Бета-1, Бета-2 или другие со слюдяным окном для бета-излучения низкой энергии и альфа-излучения, тоже оснащены фильтрами. Совсем дорогие приборы могут использовать полупроводниковые или сцинтилляторные датчики, которые имеют огромную чувствительность к гамма-излучению и не просто фиксируют частицы, а измеряют их энергию. Это позволяет максимально точно измерить дозу, а некоторые модели даже умеют определять изотопы, которые вызывают облучение. Впрочем, полупроводники и сцинтилляторы могут сыграть злую шутку: у них чувствительность очень сильно зависит от энергии, так что измерять её не просто можно, а обязательно нужно. И нужно качественно учесть зависимость чувствительности от энергии. Если такой датчик воткнули в прибор только для громкой надписи «сцинтилляторный», то точность измерений у него может быть хуже, чем у дешёвых индикаторов радиоактивности.

Дозиметр-радиометр — это прибор, который кроме дозы гамма-излучения измеряет ещё и поток бета-частиц (при соответствующих датчиках — и альфа). Два предыдущих пункта тоже фиксируют бета-излучение (дозиметры — при снятом фильтре), но они продолжают пересчитывать показания в рентгены или зиверты, как если бы это было гамма-излучение. Результат получается абсолютно неправильным: если для гамма-излучения вероятность фиксации частицы счётчиком Гейгера прямо пропорциональна его энергии в довольно широком диапазоне (где-то от 0,3 до 1,5 МэВ), причём этот диапазон расширяется фильтрами вниз где-то до 0,03-0,05 МэВ, то для бета-излучения ничего подобного нет. В первом приближении выше определённой границы энергии датчик фиксирует почти все бета-частицы, а ниже — ни одной. Аналогично и с альфа-излучением (если счётчик его в принципе фиксирует). Радиометру же можно «сказать», что ты сейчас измеряешь бета-излучение, и тогда он будет пересчитывать показания в число частиц на квадратный сантиметр площади сечения датчика в единицу времени. Сначала измеряешь с фильтром, чтобы выяснить гамма-фон, потом без него, вычитаешь из второго первое — и вот поток бета-частиц. Для альфа всё тоже самое, только там ещё добавляется второй фильтр, который задерживает его, но пропускает бета-частицы. Иногда он встроен, иногда надо самому брать подручный, типа листа бумаги.

Есть ещё программные дозиметры для смартфонов, использующие закрытую непрозрачным материалом фотокамеру в роли эрзац детектора. Они реально работают, но по моему опыту ждать от них точности не приходится, могут ошибаться в разы в любую сторону.

Стоит также отметить, что при небольших уровнях радиации показания всех приборов оказываются не слишком точными: они фиксируют за цикл измерения лишь порядка десятка частиц, так что статистическая погрешность становится сравнимой с измеряемой величиной. Если сейчас прибор показывает 0,07 мкЗв/ч, а через минуту — 0,14 мкЗв/ч, это абсолютно не значит, что уровень радиации возрос в два раза. Скорее всего он как был 0,10 мкЗв/ч, так и остался.

Ещё замечание на счёт собственно измерений: нужно их проводить так, чтобы датчик прибора можно было считать точечным. Т.е. либо источник радиации, либо расстояние от него до датчика должно быть в разы больше самого датчика. Если вы тыкаете каплей радиевой краски на кончике тумблера в центр какой-нибудь Бета-2, то в разных точках датчика уровень радиации отличается на несколько порядков. Что датчик в таких условиях измеряет — «одному Богу известно». Измерения «на поверхности» допустимы либо для больших источников (загрязнённый грунт, например), либо когда мы не стремимся именно измерить, а лишь с максимальной чувствительностью зафиксировать факт наличия излучения.

Индикатор радиоактивности на месте радиоактивного заражения
Индикатор радиоактивности на месте радиоактивного заражения

Профессиональный сцинтилляторный дозиметр на месте радиоактивного заражения (уровень радиации - цифры внизу)
Профессиональный сцинтилляторный дозиметр на месте радиоактивного заражения (уровень радиации — цифры внизу)

Программный дозиметр. В данном конкретном случае в 3-4 раза занижает показания
Программный дозиметр. В данном конкретном случае в 3-4 раза занижает показания

Радиация в быту


Какие источники радиации можно встретить в быту? Самые разные.
Например, всё, что содержит много калия, калийные удобрения, диетическая соль с добавкой калия и т.д., радиоактивно из-за содержания природного калия-40. Человек, кстати, тоже радиоактивен, т.к. калий — неотъемлемый элемент организма.
Если же брать источники по-серьёзнее, то это — торированные сварочные электроды (например, марки WT-20), некоторые старые объективы с добавкой оксида тория в стекло, некоторые старые часы и прочие приборы с радиевой подсветкой шкалы (сейчас подсветка уже не работает из-за выгорания люминофора, радий же сохраняется тысячи лет), ионизационные датчики дыма на америции-241, старые ионизационные датчики дыма на плутонии-239 (оружейного качества, кстати) и т.д.
До тех пор, пока всё это остаётся целым и невредимым, оно, как правило, опасности не представляет. Проблемы могут возникнуть только при разрушении приборов, т.к. в этом случае частички альфа-активных материалов могут попасть в лёгкие и там создать сильное локальное облучение. Риск раковых заболеваний при этом сильно возрастает. Кстати, рак лёгких у курильщиков в заметной степени вызван тем же: табак содержит альфа-активный полоний-210, тот самый, которым Литвиненко отравили.

Также эти все вещи совершенно законно использовать без специальных разрешений: лишь однажды мне попался манометр, уровень излучения которого выходил за допустимые для безлицензионного использования пределы (1 мкЗв/ч на расстоянии 10 см от поверхности), но он был от истребителя МИГ-21. Впрочем, законы у нас в стране выполняются не-очень… «Специалисты» запросто могут заявить, что всё, что имеет уровень радиации более 30 мкР/ч прямо на поверхности, необходимо изымать. А судьи не очень-то разбираются в таких тонкостях, как нормы радиационной безопасности… Имеется как минимум один прецедент, когда у человека суд отобрал объектив, и не посадили только потому, что он про его радиоактивность не знал. По всем официальным нормам этот объектив можно было использовать.

Реально большую опасность представляют только промышленные источники радиации, действующие рентгеновские аппараты и неконтролируемые аварийные выбросы. К счастью, столкнуться с ними простому человеку не так-то просто. Хотя история прецеденты знает…

Плутониевый источник из датчика дыма РИД-1
Плутониевый источник из датчика дыма РИД-1. Тот самый, про который рассказывают страшилки в статье, спровоцировавшей написание этого текста. Пока цел, существенной опасности не представляет.

Относительно безопасный прибор с радиевой подсветкой
Относительно безопасный прибор с радиевой подсветкой

Большое скопление относительно безопасных приборов может быть уже не таким безопасным
Большое скопление относительно безопасных приборов может быть уже не таким безопасным

Редкий пример прибора с радиевой подсветкой, в десяток с лишним раз выходящий за допустимые пределы
Редкий пример прибора с радиевой подсветкой, в десяток с лишним раз выходящий за допустимые пределы

Промышленный источник, который может представлять реальную опасность
Промышленный источник, который может представлять реальную опасность

Заражённая местность
Заражённая местность

Результат неконтролируемого аварийного выброса полвека назад
Результат неконтролируемого аварийного выброса полвека назад

Активная зона ядерного реактора
Активная зона ядерного реактора

Comments

( 20 comments — Leave a comment )
antontsau
May. 18th, 2015 07:44 pm (UTC)
основная проблема во всех этих делах - тупые человеки. Которые распотрошат ритег на металл и будут переплавлять его дома в печке, растащат радиоактивный состав и начнут его если уж не в суп добавлять то морды друг другу раскрашивать, прогадят высокоактивный источник и замуруют его в стену и тп и тд. Пока это все целое и не разломанное - оно безопасное, а если полоний в чай насыпать, то и микрограммов хватит чтоб быстро и надежно окочуриться.

Так что все эти нормы излучения от приборов лажа еще та. Прибор с достаточно высоким излучением будет совершенно безопасен в руках хоть что-то соображающего, а идиот подохнет и от тритиевых стрелок на часах.
tnenergy
May. 18th, 2015 08:04 pm (UTC)
Тупые человеки - это данность, они всегда были, есть и будут. Кроме того, случаются события типа фукусимы. Поэтому умные человеки должны оценивать, моделировать и разрабатывать правильную инженерию в области радиоактивных отходов и обращения с ними.
antontsau
May. 18th, 2015 08:13 pm (UTC)
можно сделать защиту от дурака, но только от неизобретательного (С).

Вот от этого и вся радиофобия. "Наш васенька нашел (читай - украл на родном заводе) какую-то непонятную хрень, расколотил ее топором, обмазался содержимым и теперь помер! Аааааа, гады физики, сволочи, губят норотЪ! всех запретить, откурощать и строго бдеть!".

tnenergy
May. 18th, 2015 09:22 pm (UTC)
Ну нет, серьезные основания если не у радиофобии, то у безопасности, связанной с радиацией, тоже есть. Несколько крупных аварий с мегакюри выборосов, десятки случаев потерянных гамма-источников и т.п.
antontsau
May. 18th, 2015 09:29 pm (UTC)
Крупные аварии это отдельная тема. А вот бытовая паранойя с воплями "аааа, там 30, а по норме 25! Чернобыль, фукусима и тримайл айленд в одном яблоке! Срочно оцепить весь рынок и всех закопать в могильнике!" - именно от такого.
tnenergy
May. 18th, 2015 10:16 pm (UTC)
Да, бытовая паранойя она такая %)

Я вот хочу в следующем тексте рассказать про переоцененность риска прямого облучения и одновременно про неоцененность радиотоксичности. А потом уже, вооружившись этим пониманием можно посмотреть на ОЯТ, на активацию конструкций, инвентари РАО, скорости распада и т.п.
nick_55
May. 18th, 2015 10:24 pm (UTC)
Отлично, все по делу, и внимательно перечитаю еще раз. В ИАЭ, разумеется, изучалось и влияние радиации на токонесущую способность сверхпроводников. У нас - нет, но вопрос о том, а как повлияет радиация на современные ВТСП ленты и массивные ВТСП кольца, сердечники и т.п., никуда не девается.
tnenergy
May. 18th, 2015 10:33 pm (UTC)
Вообще исследования механических/тепловых/электрических свойств материалов в условиях облучения - тема и дорогая, и долгая, и для термоядерной энергетики еще и с лакуной в виде отсутствия источников 14,6 МЭвных нейтронов с большой продуктивностью. Поэтому сейчас строят IFMIF. Я вот читал ВНИИНМовские статьи про радиационную ползучесть и охрупчивание меди с спаев медь-бронза/медь-нержавеющая сталь - потребовалось 10 лет на исследование, там же надо программу подготовить, защитить безопасность, потом пару лет подержать в реакторе, потом пару лет постоять в очереди на работу в горячих камерах, вот и получается 3-5 лет на цикл.

Но это до этого мы в конце только доберемся, пока об более общих вещах хочу поговорить.
suvorow_
May. 19th, 2015 05:04 am (UTC)
минутку.
Что это за "совсем низкоэнергетическое гамма-излучение, которое задерживается кожей"?
Даже 0,5 кЭв - это вполне себе рентген, и ведёт оно себя, как рентген, а не как вакуумный ультрафиолет. А, чтобы гамма-кванты получались меньше, я что-то ни одного распада не припомню :)
Даже 59 кЭв - это вполне себе "классический" рентген, собственно, в этой области разница между гамма- и рентгеном исключительно по способу получения.
tnenergy
May. 19th, 2015 07:12 am (UTC)
Я что-то не могу найти это в тексте, можешь пошире цитату привести?
suvorow_
May. 19th, 2015 08:10 am (UTC)
Многие считают, что такие приборы могут занижать показания. Некоторые «профессионалы» заявляют, что при низкой энергии гамма-излучения, на уровне 30-100 кэВ, приборы на СБМ-20 и СБМ-21 занижают в разы, а ниже вообще не фиксируют. Мой же опыт показывает, что всё с точностью до наоборот: при низкой энергии гамма-излучения (опыты ставились с 59 кэВ) они в разы завышают свои показания. Конечно, гамма-излучение совсем низкой энергии они не зафиксируют, но оно и не представляет большой опасности, т.к. поглощается ещё в коже.
tnenergy
May. 19th, 2015 09:15 am (UTC)
Это неправильно, согласен. Тут как мне кажется, смешивается понятие энергии, как длины волны и энергии, как мощности излучения.

В любом случае, рентген в 10-20 кЭв СБМ-20 видят преотлично.

Edited at 2015-05-20 09:08 pm (UTC)
suvorow_
May. 20th, 2015 09:16 pm (UTC)
Я пробовал регистрировать старинным СТС-5 рентген от лампы ГП-5 телевизора "Радуга-703" - не берёт.
Правда, я не знаю, какая там энергия квантов, если на аноде лампы 25-26 киловольт.
tnenergy
May. 20th, 2015 09:41 pm (UTC)
10-20 кЭв уже потребуют некого эксперементаторского усердия :) Но увидить можно.
crazy_flyer
Jun. 17th, 2015 10:10 pm (UTC)
Интересно , а можно что-то путное собрать на детекторе СБМ-19 ? Я помню , ещё давно , в радиокружке собирал простые "показометры" на СТС-5 и СБМ-20 . Они , как я понимаю - примерно одинаково работают ... а вот СБМ-19 ( недавно по случаю купил на радио-базаре ) - он в несколько раз больше по размерам . Наверно он более чувствительный , так ведь ?
atomspectra
Jun. 18th, 2015 05:00 pm (UTC)
Да, чувствительность его примерно в 3.5 раза выше, энергетическая зависимость чувствительности ("ход с жёсткостью") такая же. Очень большой размер для современного бытового прибора. Зато прибор с таким счётчиком выглядит куда более "живым".
atomspectra
Jun. 19th, 2015 05:38 am (UTC)
Вот график хода с жёсткостью для счётчика СБМ20 в тонком пластиковом корпусе с двумя кривыми - с фильтром и без. В качестве фильтра применена свинцовая фольга толщиной 240 мкм. http://imgur.com/92Gzijm
Источник: испытания дозиметра-приставки к айфону iRad geiger, выложенные когда-то в сеть. Про толщину фильтра спрашивал сам в переписке с авторами прибора. Четвёртый айфон к которому делалась эта приставка канул в лету, приставки эти не производятся сейчас и сайта того больше нет.
dmitry_radich
May. 26th, 2015 08:37 am (UTC)
Спасибо! Очень, хорошее обобщение, можно как мини-справочник использовать.
vladimir690
Jun. 18th, 2017 03:23 pm (UTC)
Корейские ученые разработали новую методику обнаружения радиоактивных веществ, способную найти даже небольшие количества нестабильных элементов на расстоянии в километр. "Инструкция" по сборке такого прибора была опубликована в журнале Nature Communications.
https://ria.ru/science/20170509/1493780116.html
tnenergy
Jun. 18th, 2017 06:22 pm (UTC)
Интересно. Надо почитать исходник.
( 20 comments — Leave a comment )

Profile

tnenergy
Ядерная энергия

Latest Month

November 2017
S M T W T F S
   1234
567891011
12131415161718
19202122232425
2627282930  
Powered by LiveJournal.com