Ядерная реакция. 
Опасность радиационных аварий

Природный радиоизотоп U-235 и два искусственных изотопа U-233 и Pu-239 помимо самопроизвольного распада способны после захвата свободного нейтрона к делению ядра на два осколка с выделением энергии более 200МэВ, что на два порядка превышает энергию радиационного распада. В результате такой реакции образуются два новых изотопа, происходит излучениеквантов ичастиц и образуются несколько свободных нейтронов, которые в свою очередь при определенных условиях могут способствовать делению новых радионуклидов. Подобный процесс называется цепной ядерной реакцией, оторая может быть неуправляемой, как при взрыве ядерного боеприпаса, как и управляемой, как в ядерном реакторе.

Деление ядра происходит, в достаточной мере, произвольно. В соответствии с определенными вероятностями могут образовываться 200 различных изотопов 35 химических элементов. Это означает, что 165 изотопов являются нестабильными и способными к радиационнму распаду. Почти все они являются — иизлучателями.

Таким образом, в результате ядерной реакции за ее пределы распространяются — иизлучения и поток нейтронов, а сама реакция является источником колоссальной энергии.

Ядерный топливный цикл. Радиационно-опасные объекты (РОО).

Наиболее распространенными объектами, использующими ядерную энергию, являются атомные станции (АС). Их работа требует добычи урановой руды, ее переработки в обогащенное ураном-235 ядерное топливо, производства тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов), переработки отработанного топлива для извлечения делящегося материала, переработки и захоронения радиоактивных отходов.

Эти стадии образуют ядерный топливный цикл — ЯТЦ. Сюда же нужно добавить транспортировку радиоактивных материалов для обеспечения работы всех стадий (Рис. 7.1.).

Кроме того в ЯТЦ входят предприятия радиохимической промышленности, объекты по переработке и захоронению отходов и др.

Все перечисленные объекты представляют химическую и радиологическую опасность. Наибольшую опасность представляют аварии на атомных станциях и объектах захоронения радиоактивных отходов.

Радиационно опасный объект (РОО) — научный, промышленный или оборонный объект, при авариях или разрушении которого могут произойти массовые поражения людей, животных и растений ионизирующими излучениями, а также радиоактивное загрязнение среды.

Реактор и его работа.

Основным объектом опасности АС является атомный реактор.

Ядерные реакторы по назначению делятся на:

• — исследовательтские,
• — для производства исскуственных изотопов,
• — энергетические (производство электрической или тепловой энергии),
• — для транспортных систем,
• — для медицинских целей,
• — для разработки новых технологий.

На атомных станциях в нашей стране эксплуатируются реакторы типов ВВЭР (водо-водяной энергетический реактор) и водо-графитовые реакторы типа РБМК (реактор большой мощности канальный), в которых топливом служит уран-238, обогащенный несколькими процентами урана-235. Ядерное топливо в виде цилиндрических таблеток размещается в тепловыделяющих элементах (ТВЭЛах) — цилиндрах из циркониевых сплавов. ТВЭЛы объединяются в тепловыделяющие сборки (ТВС), которые помещаются в специальные вертикальные технологические каналы графитовой кладки реактора. По ним же циркулирует и теплоноситель (в реакторах ВВЭР и РБМК в качестве теплоносителя используется вода). Объем, занимаемый ТВС и графитовой кладкой, являющейся замедлителем нейтронов, называется активной зоной, так как в нем происходит цепная ядерная реакция.

Реактор размещается в бетонной шахте, которая создает биологическую защиту от ионизирующих излучений.

Реактор работает длительное время и значительная часть изотопов с малым периодом полураспада превращается в стабильные элементы. Одновременно накапливаются изотопы с большим периодом полураспада. Таким образом, чем дольше эксплуатируется реактор, тем больше в нем будет накоплено радиоактивных продуктов деления, причем преобладать в них будут изотопы с большим периодом полураспада.

Начальная загрузка топлива в реактор ВВЭР-440 составляет 42 тонны, в которых содержится 3,3% (около 1,4 т) делящегося урана-235. После цикла отработки (примерно 3 года) остаточное количество урана-235 в ТВЭЛах составляет около 1% (400 кг), т. е. за время работы реактора 1 тонна урана-235 превращается в продукты деления.

Суммарная активность всех ТВЭЛов после цикла их отработки в реакторе ВВЭР-440 составляет около 2 1019 Бк.

Наряду с делением ядер урана-235, в реакторе, под воздействием потока нейтронов, происходит превращение урана-238 в плутоний-239. За полный цикл эксплуатации ТВЭЛов в реакторе ВВЭР-440 образуется 10 кг плутония на одну исходную тонну ядерного горючего (т.е. урана-238). Кроме плутония, образуются и другие трансурановые элементы: америций-241, нептуний-237, кюрий-242.

Под воздействием нейтронов стабильные изотопы некоторых химических элементов становятся радиоактивными, например, железо-59, церий-60, магний-54, кобальт-60. Это так называемая наведенная активность. Аналогичные процессы происходят и в реакторе типа РБМК.

Как уже упоминалось, при работе реакторов АС в их активной зоне идет непрерывный процесс накопления радиоактивных продуктов деления ядерного топлива, представляющих смесь 200 изотопов 35 химических элементов, изотопов наведенной активности и трансурановых элементов.

Основную опасность при аварии представляют продукты деления ядерного топлива в случае выхода их за пределы биологической защиты реактора.