дезактивация радиации чем проводят
Прилипчивая радиация: наведенная радиоактивность, радиоактивное заражение, дезактивация…
Технологии Для атомной энергетики
Дезактивация — процесс очистки от радиоактивных загрязнений. Дезактивации могут подвергаться поверхности деталей, ёмкостей, сооружений и т. п., а также сыпучие вещества (грунт) и жидкости, так или иначе контактировавшие с радиоактивными веществами. Здесь речь пойдёт исключительно о дезактивации твёрдых радиоактивных отходов (твёрдых РАО, ТРО) и грунтов, поскольку она является разновидностью ультразвуковой очистки, в разработке технологий которой мы весьма преуспели.
Главная задача дезактивации — снизить активность объектов до значений, безопасных для человека и окружающей среды[1]. Для ТРО задача решается максимально глубокой очисткой поверхности с использованием специальных моющих средств и оборудования (есть ещё наведённая активность, не связанная с поверхностными загрязнениями, но это отдельная тема, здесь мы её касаться не будем).
Слайды презентации о дезактивации (PDF, 1,5 M) Презентация подготовлена совместно с НИКИЭТ им. Н. А. Доллежаля и МЦЭБ. Рассказывает о проделанной работе и изготовленном оборудовании для очистки от радиоактивных загрязнений.
Проблема
Чехлы для ОТВС на ПВХ в Губе Андреева
Проблема дезактивации ТРО остро стоит в атомной энергетике. За десятилетия эксплуатации ядерных реакторов (на АЭС, на флоте, в научных учреждениях) образовалось огромное количество радиоактивно загрязнённых отходов, в основном металлических (МРО). Они зачастую хранятся в бассейнах выдержки при АЭС и в пунктах временного хранения в безлюдных местах на Севере, вызывая озабоченность экологов и общественности. С другой стороны, хранимый металл (а это, главным образом, высококачественная нержавеющая сталь) сам по себе весьма ценен, и его переработка с возвращением в производственный цикл экономически привлекательна.
Отдельно стоит проблема грунтов, получивших радиоактивные загрязнения в результате техногенных катастроф и стихийных бедствий, сопровождавшихся выбросами радионуклидов. Они проникают в почву, делая огромные территории малопригодными для жизни и какой-либо деятельности в течение десятилетий. Дезактивация таких грунтов — задача масштабная, трудоёмкая и технически сложная, однако решаемая, как показывает опыт.
Общая характеристика
Радиоактивные отходы могут образоваться из различных источников, иметь разнообразную форму и свойства.
К важным характеристикам радиоактивного мусора относят:
Вредные вещества могут иметь разную форму, различают три основных агрегатных состояния:
Дезактивация твёрдых радиоактивных отходов (ТРО, МРО)
Интенсивная ультразвуковая очистка радиоактивно загрязнённой поверхности в жидкой моющей среде — эффективный способ дезактивации. При этом радионуклиды переходят с поверхности в раствор, который затем цементируется и отправляется на захоронение, а очищенное изделие после проверки переходит из разряда ТРО в разряд обычных отходов (например, металлолома) и подлежит утилизации обычными методами.
Исследования, которые мы проводили совместно с нашими партнёрами из МЦЭБ, НИКИЭТ им. Доллежаля, ВНИИНМ им. Бочвара, МосНПО «Радон» показали высокую эффективность ультразвуковой дезактивации в сравнении с более традиционными методами.
Так в 2007 году мы проводили испытания на «Радоне», куда была поставлена опытная ультразвуковая установка МО-42 нашего производства. Проводилась дезактивация фрагментов нержавеющих труб, специально загрязнённых радиоактивными изотопами цезий-137 и стронций-90 (представляющими наибольшую опасность для здоровья). Тогда было показано[2], что применение ультразвука существенно, в разы, увеличивает коэффициент дезактивации.
В следующем, 2008 году упомянутая установка МО-42 отправилась на испытания в один из пунктов временного хранения РАО — губу Андреева на Кольском полуострове. Дезактивации подвергались чехлы для отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) ядерных реакторов. Были получены следующие результаты:
НО-145
В 2010 году на Белоярской АЭС проводились испытания другой нашей установки — ультразвукового модуля НО-145, который использовался для дезактивации фрагментов металлических ТРО, хранившихся в бассейне выдержки при станции. Образцы были покрыты слоем ржавчины, который в основном и содержал радиоактивные загрязнения.
Фрагменты ТРО Белоярской АЭС до и после дезактивации
Испытания показали увеличение скорости дезактивации в 20—50 раз и увеличение коэффициента дезактивации. Кроме того, они показали, что дезактивацию можно проводить в технологических пеналах с толщиной стенки до 2 мм, а это существенно снижает объём образующегося радиоактивного раствора.
Изменение активности ТРО Белоярской АЭС
Методы утилизации
Радиоактивный мусор — категория отработанных материалов, которая требует особого отношения, поскольку входящие в неё вещества опасны для человека и природы. Утилизация ядерных отходов, как и переработка, сбор, хранение, транспортировка зависят от уровня активности составных элементов.
Мусор этой группы обрабатывается перед транспортировкой к месту захоронения во избежание нанесения вреда людям, флоре и фауне. Обработка призвана снизить уровень опасности радиоактивных отбросов, подлежащих утилизации.
Для этого используют несколько методов:
Сжигание опасного мусора
Материалы из дерева, текстиля, бумаги, картона, резины, а также другие ТБО, контактировавшие с радиоактивными веществами низкого или среднего уровня, сжигают. Процесс переработки происходит внутри специальных камер, предотвращающих или минимизирующих попадание опасных частиц в окружающую среду.
Термическая обработка не нивелирует уровень радиации, а только снижает. Поэтому остатки отходов смешивают с раствором цемента и заливают в герметичные контейнеры. Их захоронение происходит в специально оборудованных шахтах, складах, соляных штоках.
Сжатие и цементирование
Для обработки радиоактивных отходов низкого, среднего уровня активности применяют сжатие. Прессы уплотняют ядерные отбросы, уменьшая объём до десяти раз.
Советуем почитать: Загрязнение атмосферы выхлопными газами: влияние на человека и окружающую среду
Полученный материал, имеющий радиационный фон, заливают цементным раствором и захоранивают как сожжённый опасный мусор. Зацементированные отходы после сжатия, хранящиеся в специальных контейнерах, не представляют опасности для экологии.
Вторичное использование
Радиоактивные отбросы применяют как источник энергии для термоэлектрических реакторов, для обработки продуктов питания. Оставшиеся бесполезные вещества подлежат захоронению, используя один из указанных методов.
Остекловывание и захоронение
Методы утилизации радиоактивных отходов, кроме указанных, включают остекловывание, поскольку стекло способно поглощать большие объёмы опасных веществ.
РАО любого уровня активности складывают внутрь специальных стальных контейнеров и заливают жидким стеклом. Материал разжижается благодаря использованию печи электрического нагрева.
Чтобы предать мусору твёрдости, применяют суперкальцинаты, стеклокерамику. После тщательной герметизации полученной смеси, её захоранивают в оборудованных могильниках.
Дезактивация грунта (почвы)
НО-180
Для дезактивации радиоактивно загрязнённых грунтов важно отделить фракцию, содержащую наибольшее количество активных загрязнений. Это, как правило, самая мелкая фракция. Таким образом задача сводится к отмывке крупных частиц от связанных с ними мелких, которая логично разбивается на две подзадачи: собственно отмывка (разрушение связей) и сепарация (разделение). Для интенсификации обоих процессов мы имеем хорошо разработанные технологии: ультразвуковую очистку и ультразвуковое просеивание.
В 2010 году по заказу НИКИЭТ им. Доллежаля мы разработали опытную установку НО-180 для дезактивации грунта. Испытания показали что применение ультразвука позволяет значительно интенсифицировать процесс реагентной дезактивации грунта и повысить ее эффективность.
Очистка хранилищ ЖРО
Длительное и даже кратковременное хранение жидких радиоактивных отходов (ЖРО), в особенности с высоким содержанием солей, приводит к образованию труднорастворимых осадков в форме кристаллогидратов. Кроме того, ёмкости-хранилища ЖРО, как правило, содержат в осадках ионообменные смолы, перлиты, всевозможные продукты коррозии и загрязнения, и, как правило, с самого начала своей эксплуатации работают без оснащения аэролифтами, эжекторными насосами или пневматическими пульсационными системами перемешивания осадков в режиме: заполнение — отстой твердой фазы — удаление осветленной части ЖРО.
При достижении определенного уровня накопления ёмкости-хранилища подлежат освобождению не только от осветленной части ЖРО, но и от осадков, чтобы обеспечить их дальнейшую безопасную эксплуатацию[4].
Наличие радиоактивных шламовых отложений приводит к увеличению дозовых нагрузок на персонал при обслуживании хранилищ и к ускорению коррозии конструкционных материалов облицовки ёмкостей, а, следовательно, к потенциальным неконтролируемым протечкам ЖРО. К тому же наличие шламовых отложений осложняет или делает невозможным контроль состояния внутренних поверхностей и сварных швов ёмкостей-хранилищ, а также в значительной мере усложняет переработку (кондиционирование) ЖРО с целью перевода их в твердое состояние.
Штатные системы переработки (кондиционирования) ЖРО, дополненные механическими устройствами для размыва донных отложений, не в полной мере выводят донные осадки и шламы.
В 2011 году мы, совместно с РАОТЕХ и МосНПО «Радон», провели эксперименты в рамках опытной работы «Проведение испытаний установки растворения осадков в емкостях кубового остатка АЭС с использованием ультразвуковых излучателей». Эксперименты показали, что растворение осадка при помощи УЗ происходит значительно интенсивнее.
Разработанная опытная установка (НО-201) может стать прототипом устройств для удаления прочных шламовых отложений в ёмкостном оборудовании с использованием ультразвука и их эффективного удаления для дальнейшего кондиционирования.
Дезактивация
Утилизация радиоактивных веществ не уничтожает полностью всю токсичность продукта, а только снижает излучение. Постоянно ведутся работы по поиску новых мест, где можно захоронить радиационные материалы, изобретаются ёмкости, имеющие высокую герметичность. Такие резервуары позволяют минимизировать процесс попадания опасных элементов в водные источники, почву, атмосферу.
В России используется несколько методов дезактивации, среди которых выделяют:
Каждый из представленных способов обладает и плюсами, и минусами. Но без таких процедур снизить уровень радиационного излучения невозможно.
При помощи карбоната натрия
Данный способ обезвреживания является дорогим, но стоимость соответствует результату. Дезактивация происходит следующим образом:
Такой метод действительно показывает хорошие результаты, но и отрицательные стороны всё же имеются. Карбонат натрия не способен на 100 процентов избавить радиоактивные отходы от радиации.
Растворение в азотной кислоте
Такой вариант обезвреживания заключается в том, что вещества помещают в кислоту, и после этого остекловывают. Далее следует упаковка отходов в специальные контейнеры и их захоронение. Метод также является эффективным. Но процесс остекловывания и дальнейшая утилизация требуют больших расходов.
Элюирование почвы
Если обнаружено, что почва заражена радиоактивными веществами, то можно использовать нейтрализующие растворы для обработки. Но это в том случае, если заражённые элементы имеют низкую степень опасности. Вывести из грунта ядерные соединения помогают аммониевые соли или аммиачный раствор.
Примечания
Хранение РАО
Для хранения радиоактивных отходов нужны контейнеры. Делают их из материалов, не реагирующих с опасными веществами.
Обязательное требование техники безопасности – емкости с ядерным мусором необходимо помещать в сухотарные бочки. В хранилище радиоактивные вещества находятся временно. Долгоживущие отправятся для захоронения, а корткоживущие распадаются до относительно неопасного состояния. Потом их отправляют на переработку.
Настоящей проблемой стали устаревшие атомные подлодки. Во времена Советского Союза их было 270. Сейчас на вооружении осталось не больше 50 подводных судов. Оставшиеся подлежат утилизации или уже прошли через эту процедуру. 180 лодок были законсервированы устаревшими методами и продолжали излучать радиацию и захламлять побережья Дальнего Востока и Заполярья.
Современный способ решения проблемы был найден в конце прошлого десятилетия. Блоки с атомными реакторами достали из воды, подготовили к длительному хранению. Место для них нашлось в Кольском заливе. В Мурманской области запустили комплекс Сайда Губа. Он представляет собой огромную залитую бетоном площадку на 120 отсеков с основанием из скальных пород, которые дают крепкую опору для хранилища.
Советуем почитать: Радиоактивное загрязнение окружающей среды
Покрашенные антикоррозийным покрытием бочки выглядят как площадка завода или склад оборудования. Это безопасный, хотя и не очень красивый способ хранения РАО называется «коричневой лужайкой».
О методах и средствах дезактивации радиоактивных веществ
Радиоактивные вещества нельзя уничтожить, ускорить их распад или нейтрализовать каким-либо химическим веществом. Их нудно дезактивировать, применяя при этом несколько методов.
Дезактивация во дворе.
Стены, двери, окна, здания и сооружения обмывают сначала струей воды из шланга под давлением, затем смывают радиоактивную пыль с крыльца, дорожек и других предметов. Для удаления грязной воды делают отводные канавы и ямы, которые после окончания работ засыпают землей. После высыхания, производят дозиметрические измерения. Если будут выявлены пятна загрязнений выше допустимых норм, нужно провести дезактивацию моющими составами. Опять обмыть эти места водой со шланга под давлением и провести повторные измерения.
Из внутренних помещений и бытовых предметов удаляют пыль пылесосом, а затем производят влажную обработку с использованием щеток и тряпок. Ковры и дорожки выносят на улицу и выбивают, стоя с наветренной стороны. Книги на не застекленных полках также обрабатывают пылесосом. Особое внимание необходимо уделить местам, через которые в квартиру поступает пыль. В кондиционерах нужно заменить фильтрующую прокладку.
Транспортные средства.
Дезактивируют на специальных площадках промыванием водой из шланга под давлением и протиранием керосином, ацетоном, растворами ПАВ. В необходимых случаях приходится иногда прибегать к «пескоструйной» обработке или даже вырезать куски кузова автогеном (газосваркой).
Упаковочные ящики, плетеные корзины.
Промывают водой под давлением и протирают ветошью, смоченной в дезактивирующем составе. Если они не представляют большой ценности, а загрязнены выше допустимых норм, то их уничтожают (но не сжигают).
Кожаные части упряжки, сапоги, изделия из резины и синтетических тканей.
Протирают щетками или ветошью с использованием хозяйственного мыла. Затем вытирают насухо тряпкой и кожу смазывают дегтем.
Предметы покрытые полиэтиленовой или другой пленкой, клеенкой.
Радиоактивные вещества смывают сравнительно легко мыльным раствором стирального порошка (1 столовую ложку порошка на 1 л теплой воды).
Очищение воды.
Применяют несколько способов: простое отстаивание, коагулирование с последующим отстаиванием, фильтрование, перегонку. Первый, самый простой способ позволяет удалить только нерастворимые радионуклиды и аэрозоли. Если же применить коагулянты (квасцы, глину, кальцинированную соду, сульфат железа, фосфаты), то можно удалить до 40% стронция-90, цезия-134 и цезия-137. Фильтрованием через песок, почву, торф, гравий можно достичь очистки до 70- 85%.
В условиях сельской местности или на дачных участках очищенную воду из загрязненных открытых водоемов (озера, пруда) можно получить, устраивая специальные колодцы на расстоянии 5-10 м от берега водоема. Дно колодца должно быть ниже поверхности уровня воды в водоеме. Если грунт берега не пропускает воду, то между водоемом и колодцем устраивают фильтрационную траншею или трубу.
Более полное удаление радионуклидов из воды (в том числе и растворенных) достигается при перегонке или пропускании ее через ионообменные смолы. Последнее нашло широкое применение в настоящее время и для очистки загрязненного молока. Кроме того, оказалось эффективной переработка молока на масло и сыры. Основная часть радионуклидов переходит в обрат и сыворотку. Если же масло загрязнено аэрозольными радиоактивными веществами, то удаляют поверхностный загрязненный слой масла, который перетапливают, что тоже приводит к положительному эффекту.
Очистка зерна.
Находящегося в открытых буртах, в случае его поверхностного загрязнения производят осторожным снятием верхнего загрязненного слоя на глубину 10-15 см. Этот загрязненный слой зерна можно попробовать очистить промыванием проточной водой. Тоже самое необходимо проделать при загрязнении стогов сена, соломы.
Корнеплоды и клубнеплоды (картофель, свекла, морковь).
Дезактивируют промыванием в проточной воде, что при двух-, трехкратном промывании позволяет удалить до 80% радиоактивных веществ. Еще на 10-15% происходит очистка при снятии кожуры и окончательное удаление радиоактивных веществ произойдет при их кипячении до полуготовности, после чего воду сливают, а овощи заливают новой порцией воды и доводят их до готовности. Следует учитывать, что самое высокое по сравнению с картофелем, морковью и другими корнеплодами наполнение стронция-90 происходит в столовой свекле (в 8 раз больше) и к сожалению в плодах огурцов, кулинарная обработка которых ограничена.
Загрязненные участки владельцев индивидуальных хозяйств и дачников.
Участки земли следует очистить, рекультивировать, глубоко перепахать, но эффект будет только тогда, когда все ваши соседи сделают то же. В противном случае, порывы ветра особенно ураганы и смерчи могут опять занести на ваши участки радиоактивные вещества и произойдет вторичное загрязнение.
Дезактивация людей.
Необходимо тщательно следить за чистотой кожных покровов, особенно на руках. Загрязнение кожи может быть причиной занесения радиоактивных веществ внутрь организма. При очистке кожных покровов от радиоактивных загрязнений следует помнить, что она будет тем эффективнее, чем раньше к ней приступят. Длительная задержка радиоактивных загрязнений на коже приводит к большей фиксации их и затрудняет очистку.
Для более успешной очистки рук надо коротко стричь ногти и следить за эластичностью кожи, так как сухая кожа, наличие трещин и мозолей ухудшает ее очистку. Царапины и порезы могут также способствовать проникновению радиоактивных веществ в организм. В большинстве случаев руки достаточно хорошо отмываются теплой водой с применением щетки и мыла.
При этом поверхность кожи надо очищать, начиная с пальцев, пространства между ними и далее ладони. Мыть руки нужно 3-5 мин.
При более высоких уровнях загрязнения, когда хозяйственное мыло не дает должного эффекта, следует применять различные специальные составы, в частности адсорбенты, комплексообразователи и растворители. Однако различные физико-химические свойства многочисленных радиоактивных элементов не дают возможности рекомендовать универсальные средства. Поэтому специальные составы имеют весьма ограниченное применение.
Если радиоактивное загрязнение сопровождалось небольшим ранением кожи, то ранку необходимо несколько раз промыть теплой проточной водой, а затем искусственно вызвать кровотечение под струей воды.
Лицо моют водой с мылом. Волосы, загрязненные радиоактивными веществами, моют, шампунем с добавлением 3%-ной лимонной кислоты. Глаза промывают под струей теплой воды при широко раздвинутых веках. Во избежание загрязнения слезных каналов струю воды направляют от внутреннего угла к наружному. Полость носа промывают теплым физиологическим раствором. При попадании радиоактивных веществ в рот его необходимо несколько раз прополоскать теплой водой, зубы и десны вычистить щеткой с зубной пастой, после чего прополоскать 3 %-ной лимонной кислотой.
Дезактивация считается законченной, если уровень радиоактивности не превышает допустимого, что подтверждается показаниями дозиметра. Если в результате проведенной однократной обработки частей тела не достигнута необходимая степень чистоты, проводят повторную дезактивацию. Неэффективные повторные обработки свидетельствуют о фиксации изотопа кожей, что является основанием для постановки человека на медицинский учет.
Дезактивация животных.
Наряду с дезактивацией сельскохозяйственных животных, немаловажное значение имеет и дезактивация декоративных (собак, кошек) в семьях городских жителей. И чем раньше она будет начата, тем более эффективней окажется. В зависимости от способа удаления радиоактивных веществ различают сухую и влажную дезактивацию животных.
Сухую обработку осуществляют путем сбора радиоактивной пыли с кожных покровов животного при помощи пылесосов и других вакуумных машин. Для отсасывания радиоактивной пыли применяют гребенки или щетки с ворсом. В качестве сухой обработки овец, некоторых пород коз, собак применяют стрижку. Иногда радиоактивную пыль с туловища животного (лошади, коровы) можно удалять механически, сметая ее веником, жгутами, щетками. Но этот метод малоэффективен и не безопасен для человека. Удаляется при сухой обработке не более 25% радиоактивных веществ.
Влажную обработку проводят обмыванием животных вначале теплым раствором моющих средств, а затем чистой водой. Удаляют 70- 90% радиоактивных веществ. В качестве моющих средств применяют водный раствор со стиральным порошком или обычным жировым мылом. Если нет никаких моющих средств, то можно использовать обычную воду под давлением (со шланга).
Эффективно сочетать сухую дезактивацию с влажной. Моющим составом туловище животного обрабатывают в течение 5-10 минут, после чего смывают образовавшуюся мыльную массу. Обработку начинают с головы животного, потом переходят на шею и спину, туловище и заканчивают ногами (лапами). Если дезактивация эффекта не дала, нужно обратиться в местную ветлабораторию Госагропрома.
При дезактивации животных необходимо пользоваться непромокаемыми фартуками, нарукавниками, резиновыми сапогами и перчатками.
Следует помнить, чем раньше начата дезактивация, тем она будет эффективней, так как длительная задержка радиоактивных загрязнений практически на любом объекте приводит к большей фиксации их и осложнит очистку.
По вопросам проведения радиологических исследований по замерам радиационного фона различных объектов обращаться по адресу:
ФГБУ «Ставропольская МВЛ», г. Ставрополь, Старомарьевское шоссе, 34, тел.: (8652) 28-16-53
Прилипчивая радиация: наведенная радиоактивность, радиоактивное заражение, дезактивация…
Многими людьми радиация представляется, как нечто «заразное»: считается, что если что-то подверглось воздействию радиации, оно само становится ее источником. Данные представления имеют свое рациональное зерно, но способность радиации «переходить» на облучаемые вещи очень сильно преувеличена. Многие люди думают, например, что можно «схватить дозу» от деталей разобранного рентгеновского аппарата, от рентгеновских снимков и даже от врача-рентгенолога. А сколько шума поднимается, когда начинают говорить о гамма-облучении продуктов питания для их стерилизации! Мол, нам же придется есть облученную, а значит, радиоактивную пищу. Ходят и вовсе нелепые слухи о том, что в пище, разогретой в микроволновке, «остаются микроволны», о том, что под действием бактерицидных ламп становится радиоактивным воздух в комнате, где они горели.
В этой статье я расскажу, как все есть на самом деле.
Когда радиация порождает радиацию
В 1934 году Фредерик и Ирен Жолио-Кюри, изучая взаимодействие альфа-частиц с атомами разных элементов, обнаружили, что некоторые из них — алюминий, бор, магний — испускают при бомбардировке альфа-частицами некое излучение, регистрируемое счетчиком Гейгера, которое не прекращается сразу после того, как источник альфа-лучей убрали, а быстро спадает по экспоненциальной зависимости. Эксперимент в камере Вильсона показал, что это излучение представляет собой поток позитронов, немногим ранее открытых в космических лучах. Супруги Жолио-Кюри не были бы Кюри, если бы не догадались, что вновь столкнулись с явлением, которое веками пытались открыть алхимики, но так и не открыли. Альфа-частица, представляющая собой ядро гелия, сталкивалась с ядром алюминия, выбив из него нейтрон, и образовывалось ядро радиоактивного изотопа фосфора. И эту догадку удалось доказать чрезвычайно тонким и искусным химическим экспериментом, с помощью которого удалось выделить и обнаружить по радиоактивности ничтожное количество фосфора, которое невозможно было бы разглядеть ни в один микроскоп, если собрать все его атомы «в кучку». И этот фосфор еще и таял на глазах.
Так в каком же случае облучение вызывает ядерные реакции и приводит к появлению искусственной радиоактивности?
Как я уже сказал, особенной к этому способностью обладают нейтроны. Нетрудно догадаться, в чем причина: нейтрон легко проникает в ядро. Ему не требуется преодолевать электростатическое отталкивание, как протону или альфа-частице. Вместе с тем, нейтрон — это такой же строительный материал ядра, как и те протоны и нейтроны, точно так же способен вступать в сильное взаимодействие. Поэтому химический элемент с номером ноль и является тем самым «философским камнем» алхимиков. Вернее, их можно было бы назвать «алфизиками», если бы это слово не стало употребляться в отношении адептов эфира и торсионных полей.
А что же другие частицы? Электроны, фотоны? Им не нужно преодолевать отталкивание, но с ядром они взаимодействуют неохотно. Электрон может вступать лишь в электромагнитное и слабое взаимодействие и в большинстве случаев (за исключением ядер, нестабильных к электронному захвату) такая реакция возможна только если электрон передаст ядру значительную энергию, достаточную для отрыва нуклона от ядра. То же касается и фотона — фотоядерную реакцию может возбудить только фотон достаточно высокой энергии, но электрон гораздо быстрее, чем фотон, теряет энергию в веществе, из-за чего менее эффективен.
Спектр фотонов, излучаемых при радиоактивном распаде, заканчивается на 2,62 МэВ — это энергия квантов таллия-208, последнего члена радиоактивного ряда тория-232. И есть очень немного ядер, пороги фотоядерных реакций которых — ниже этой величины. Если точнее, то таких ядер два: дейтерий и бериллий-9
Первая реакция протекает под действием гамма-излучения свыше 2,23 МэВ, источником которого является таллий-208 (ряд тория), второй достаточно 1,76 МэВ — излучения висмута-214 (ряд урана-радия).
Данные реакции дают выход нейтронов, которые, в свою очередь, взаимодействуя с другими ядрами, рождают радиоактивные изотопы. Но сечения самих этих реакций невелики, в связи с чем заметная наведенная радиоактивность возможна только при очень большой интенсивности излучения. Для осуществления других фотоядерных реакций уже нужны гамма-кванты, энергия которых измеряется десятками и сотнями МэВ. При таких энергиях не только фотоны, но вообще все частицы — электроны и позитроны, мюоны, протоны и т.д., сталкиваясь с ядрами, вызывают ядерные реакции с достаточно большой эффективностью. Пучки таких частиц, получаемые на ускорителях, приводят к сильной активации практически любых исходно не радиоактивных мишеней.
Итак, действительно, в некоторых случаях при воздействии радиоактивных излучений на вещество образуются радиоактивные изотопы. Но обычно серьезную радиационную опасность представляет остаточная радиоактивность в двух случаях:
Не вызывает появления искусственной радиоактивности ни облучение рентгеновским излучением, ни воздействие других излучений — ультрафиолетового, СВЧ и т.п. Не становятся радиоактивными продукты питания и лекарства, стерилизуемые радиоактивным излучением, семена, облучаемые для повышения всхожести и получения новых сортов, камни, облучаемые для придания им окраски (если это не облучение в нейтронных каналах ядерного реактора). Не являются радиоактивными детали рентгеновских установок, защитная одежда врача-рентгенолога и сам он!
Чтобы проиллюстрировать это, я провел небольшой опыт. Взяв напрокат в соседней лаборатории альфа-источник америций-241 активностью 1 МБк (это примерно в 100 раз больше активности источника, содержащегося в детекторе дыма HIS-07, который не составляет труда купить даже на Алиэкспрессе — ВНИМАНИЕ! Незаконный оборот радиоактивных веществ — статья 220 УК РФ!), я положил под него пластинку из алюминия. В результате, как и в опыте Жолио-Кюри (в котором использовался источник гораздо более мощный), я должен был получить фосфор-30, распадающийся на кремний-30 и позитрон с периодом полураспада 2,5 минут (и еще нейтрон, который тоже что-нибудь может активировать). Однако после получаса выдержки (для установления равновесия между рождением и распадом фосфора-30) я не смог задетектировать никакой заметной радиоактивности от пластинки алюминия. Я пытался для этого использовать счетчик Гейгера со слюдяным окном (позитроны детектируются им так же, как и электроны), а также сцинтилляционный детектор (который эффективно регистрирует их в линии 511 кэВ, соответствующей процессу аннигиляции). Причиной неуспеха опыта было то, что ядерные реакции под действием альфа-частиц случаются редко и даже несмотря на то, что в моем опыте алюминий подвергся воздействию как минимум полумиллиарда альфа-частиц, за это время образовалось всего несколько тысяч радиоактивных атомов, большая часть из которых за время облучения просто распалась. Возможно, мне удалось бы обнаружить позитроны в камере Вильсона благодаря практически нулевому природному фону позитронов, но ее я еще не доделал (когда сделаю — это будет хорошей темой для статьи).
Невидимая радиоактивная грязь
В большинстве случаев, за исключением вышеописанных, за наведенную радиоактивность принимают загрязнение радиоактивными изотопами на поверхности вещей и предметов. Дело в том, что при периоде полураспада в месяцы, годы и десятки лет количество вещества, испускающего пугающие уровни радиации — поистине ничтожно. Помните миллиграмм радия, который дает 8,4 Р/ч на расстояниии в сантиметр? У него период полураспада 1600 лет. А если период полураспада будет 1,6 года, а энергия гамма-квантов та же самая, что у радия? Тогда этот миллиграмм будет «светить» на том же расстоянии уже 8400 Р/ч.
Когда имеют дело с радиоактивными изотопами, в большинстве практических случаев их количество ничтожно. Это так называемые индикаторные количества, о которых судят по их радиоактивности. И в таких случаях во весь рост встает явление адсорбции — осаждения и «прилипания» вещества на поверхность раздела фаз.
Радиохимикам все время приходится воевать с адсорбцией. Из-за нее можно полностью потерять радиоактивный изотоп во время операций с ним просто из-за того, что весь он осел на стенках пробирки или стаканчика. Приходится подбирать состав «фонового» раствора, но часть изотопа все равно теряется, и увы, зачастую неизвестная. Приходится делать параллельный опыт в абсолютно тех же условиях (вплоть до пробирок из одной коробки) либо добавлять в раствор метку выхода — другой радиоактивный изотоп того же химического элемента. А можно сесть в калошу и другим способом: изотоп, раствор которого ранее содержался в стакане, осел на стенку и, несмотря на последующее мытье и ополаскивание сначала кислотой, потом дистиллированной водой, попал в следующую пробу. Стакан же при этом казался абсолютно, безукоризненно чистым.
Такой же безукоризненно чистой может казаться любая вещь, но тем не менее, имеющееся на ее поверхности (а также внутри сообщающихся с ней пор, щелей и т.п.) излучающую грязь. И не только вещь: в зоне радиационного поражения радиоактивными могут стать кожа и волосы пострадавших людей, шерсть животных. И далеко не во всех случаях эта активность легко удаляется. В большинстве случаев дезактивация сильно загрязненных радионуклидами объектов сложна, а во многих случаях она становится безуспешной.
В отличие от наведенной радиоактивности, которая обычно прочно закреплена на своем носителе, загрязнение радионуклидами находится на его поверхности и поэтому легко переходит на другие объекты, на руки людей и затем попадает в их организм, подвергая его внутреннему облучению.
Дезактивация — методы и средства
Простейшим способом дезактивации является обычное мытье с мылом или другими поверхностно-активными веществами. Это метод, который подходит почти для всего — с мылом помыть можно и асфальт, и стены дома, и живого человека, и редкую картину или скрипку. В последнем случае это делается осторожно, протирая поверхность смоченным в мыльном растворе отжатым тканевым тампоном и немедленно протирая таким же тампоном с чистой водой, а затем удаляя остатки воды фильтровальной бумагой. Таким образом излучение скрипки, лежавшей в самые горячие дни Чернобыльской катастрофы рядом с открытым окном киевского дома и «светившей» около 1 мР/ч «условно» вплотную, удалось снизить до вполне приемлемого, и спасти тем самым инструмент. Существуют специализированные средства для дезактивации, содержащие помимо ПАВ также комплексообразователи (такие, как ЭДТА), ионообменные смолы, цеолиты и другие сорбенты. Комплексообразователи способствуют переводу радионуклидов, образующих катионы, в раствор, а ионообменные компоненты и сорбенты наоборот, удаляют их из раствора, переводя в связанную форму, но уже не на дезактивированной поверхности. Так, хорошо известно (и активно применяется у нас в лаборатории) новосибирское средство для дезактивации «Защита», работающее по такому принципу.
Но такого средства нередко недостаточно: радионуклиды оказываются прочно связаны с поверхностью, находятся глубоко в порах и микротрещинах. В таких случаях приходится использовать гораздо более жесткие способы — обрабатывать поверхности кислотами, растворяющими поверхностный слой металла и корку ржавчины на нем, и способствующих десорбции радиоактивных загрязнений. Применяют также сильные окислители, разрушающие органические загрязнения на поверхности, на которые также налипает радиоактивная пыль. На АЭС для дезактивации оборудования часто используют двухванный способ дезактивации, когда сначала обрабатывают детали щелочным раствором перманганата калия, а затем кислотой.
Для металлических поверхностей эффективным способом дезактивации является электрохимический метод. Цель примерно та же — удалить поверхностный слой металла, слои коррозии, пропитанные радионуклидами. Но резко снижается количество жидких радиоактивных отходов, так как можно пользоваться минимальным количеством электролита. Это так на называемая полусухая электролитическая ванна — на дезактивируемую поверхность накладывается ткань или войлок, пропитанные электролитом и сверху на нее кладется второй электрод). Дезактивируемая деталь или поверхность является анодом, а в качестве катода используют обычно свинцовый лист, легко деформируемый для плотного облегания дезактивируемой поверхности.
Для дезактивации трудноудаляемых радиоактивных загрязнений, как, например, с вертолетов, летавших над аварийным чернобыльским реактором, использовали и пескоструйную обработку. Впрочем, она порождает огромное количество радиоактивной пыли, сильно повреждает дезактивируемую поверхность и в целом имеет невысокую эффективность.
Если вдруг, не дай бог, вы попадете в зону радиоактивного заражения и вам потребуется что-либо срочно дезактивировать, то рекомендую средство для мытья посуды («Фейри» и т.п.) или любой стиральный порошок с добавлением щавелевой кислоты. Также можно использовать такие бытовые чистящие средства для сантехники, как Cif, в них уже есть кислота.
От наведенной радиации дезактивация обычно не помогает. Ведь ее источник находится в глубине излучающего объекта — нейтроны обладают очень высокой проникающей способностью. Но далеко не всегда невозможность дезактивации означает, что источник излучения с ней связан.
Наведенная радиация — реальное явление, но оно так обросло мифами, что само стало своего рода мифом. В реальности образование наведенной радиоактивности нужно учитывать в ряде случаев, но при обычном обращении с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующего излучения бояться наведенной радиации не нужно. А вот загрязнение радионуклидами — штука не только более реальная, но и более опасная.
На КДПВ — ЗГРЛС «Дуга». Автор фотографии — Mike Deere.