1. 1
Атомная энергетика.
Вопросы:
1. Деление тяжелых ядер. Цепная реакция
деления.
2. Понятие о ядерном реакторе и принципе его
работы.
3. Нормы радиационной безопасности.
2. 2
1.Деление тяжелых ядер. Цепная реакция деления.
При делении ядра урана-235, которое
вызвано столкновением с нейтроном,
освобождается 2 или 3 нейтрона.
3. 3
При благоприятных условиях эти
нейтроны могут попасть в другие
ядра урана и вызвать их деление.
На этом этапе появятся уже от 4 до
9 нейтронов, способных вызвать
новые распады ядер урана
и т.д. Такой лавинообразный
процесс называется цепной
реакцией.
Цепные ядерные реакции – разветвленные реакции
деления тяжелых ядер нейтронами, в процессе которых
возрастает число нейтронов и возникает
самоподдерживающийся процесс деления.
4. 4
Распределение энергии, высвобождённой при делении 235U
тепловыми нейтронами.
При сгорании одного атома углерода 4 эв.
Из 195 Мэв, выделяющихся в процессе деления,
173-184 Мэв (89-94%) может быть использовано для
получения тепла.
Это соответствует образованию 2,5*107 квт*ч на 1 кг
делящегося материала, по сравнению с 7,5 квт*час на 1 кг
сгорания угля.
5. 5
Нейтроны могут
• испытывать неупругое рассеяние,
• радиационный захвата,
• вылететь за пределы ядерной установки.
Коэффициент размножения нейтронов k системы, равный
отношению числа нейтронов, поглощаемых делящимся
веществом в данном и предыдущем звеньях цепи.
• Системы, в которых k=1, (цепная реакция протекает
при постоянной мощности) называются критическими,
• системы с k>1 (мощность реакции нарастает) -
надкритическими и
• системы с k<1 – подкритическими;
k сильно зависит от изотопного состава, размеров и
формы системы, в которой осуществляется ядерная цепная
реакция.
6. 6
В зависимости от энергии принято делить нейтроны на
группы:
• Тепловые нейтроны (Thermal neutrons) - нейтроны,
кинетическая энергия которых ниже определенной
величины. Эта величина может меняться в широком
диапазоне и зависит от области применения (физика
реакторов, защита или дозиметрия).
В физике реакторов эта величина выбирается чаще всего
равной 1 эВ.
• Быстрые нейтроны (Fast neutrons) - нейтроны,
кинетическая энергия которых выше некоторой
определенной величины. Эта величина может
меняться в широком диапазоне и зависит от
применения (физика реакторов, защита или
дозиметрия). В физике реакторов эта величина чаще
всего выбирается равной 0,1 МэВ.
7. 7
Критическая масса – минимальная масса делящегося
вещества, обеспечивающая протекание
самоподдерживающейся ядерной цепной реакции
деления.
Критическая масса в энергетическом реакторе -
наименьшая масса топлива, в которой может протекать
самоподдерживающаяся цепная реакция деления ядер при
определенной конструкции и составе активной зоны
(зависит от многих факторов, например: состава топлива,
замедлителя, формы активной зоны и др.).
Критическое состояние реактора - стационарное
состояние реактора, при котором количество нейтронов
не изменяется во времени.
8. 8
2.Понятие о ядерном реакторе и принципе его
работы.
Ядерный (атомный) реактор - устройство, в активной
зоне которого осуществляется контролируемая
самоподдерживающаяся цепная реакция деления ядер
некоторых тяжелых элементов под действием нейтронов.
Основными элементами атомного энергетического
реактора являются
• активная зона,
• отражатель нейтронов, окружающий активную зону,
• стержни-поглотители нейтронов, обеспечивающие
управление реактором и аварийную защиту,
• биологическая защита реактора.
9. 9
Замедлитель (Moderator) - вещество с малой атомной
массой, служащее для замедления, образующихся
при делении ядер нуклидов, нейтронов с высокой энергией
(0,5-10 МэВ) до тепловых энергий (менее 1 эВ).
Наиболее распространенные замедлители нейтронов -
графит, обычная вода, тяжелая вода и бериллий, которые
слабо поглощают тепловые нейтроны.
10. 10
Выделяют три большие группы ядерных реакторов:
1. Ядерные реакторы, использующиеся в качестве
источников тепловой энергии (энергетические)
2. Ядерные реакторы, использующиеся для получения
различных видов излучения.
3.Ядерные реакторы – размножители, наработчики новых
радионуклидов, в том числе – нового ядерного топлива
или компонентов ядерного оружия (реакторы –
конвертеры и реакторы – бридеры).
По типу нейтронов реакторы делятся:
• Реактор на тепловых нейтронах
• Реактор на быстрых нейтронах
11. 11
Гомогенный реактор - реактор, активная зона
которого представляет собой гомогенную размножающую
среду (однородную смесь). В таком реакторе топливо и
замедлитель (возможно, и другие компоненты активной
зоны) находятся либо в растворе, либо в достаточно
равномерной смеси, либо пространственно разделены,
но так, что разница в потоках нейтронов любых
энергий в них несущественна.
Гетерогенный реактор имеет активную зону в виде
гетерогенной размножающей среды. В таком реакторе
топливо в виде цилиндрических стержней (или пластин)
выделено пространственно так, что создает основу
решетки активной зоны - системы топливных и других
материалов, расположенных в определенной
периодической последовательности.
12. 12
В настоящее время в мире существует пять типов
энергетических ядерных реакторов:
• реактор ВВЭР (Водо-Водяной Энергетический
Реактор),
• РБМК (Реактор Большой Мощности Канальный),
• реактор на тяжелой воде,
• реактор с шаровой засыпкой и газовым контуром,
• реактор на быстрых нейтронах.
17. 17
МКРЗ (ICRР) – Международная комиссия по
радиологической защите – независимый,
неправительственный орган. Ее цель – установление
основных принципов радиационной защиты и публикация
соответствующих рекомендаций. В отдельных странах
имеются свои национальные комиссии по радиологической
защите – НКРЗ. Их нормативно-правовая документация не
должна выходить за рамки рекомендаций МКРЗ и не
противоречить им.
МАГАТЭ (IAЕА) – Международное агентство по атомной
энергии. Это международная межправительственная
организация для осуществления сотрудничества и
использования ядерной энергии в мирных целях. Агентство
оказывает содействие всем странам в развитии ядерной
инфраструктуры и осуществляет контроль за безопасностью
ядерной энергетики.
18. 18
НКДАР (UNSCЕAR) – Научный комитет по действию
атомной радиации, образованный Генеральной Ассамблеей
ООН в 1955 году. Он предназначен для сбора, изучения и
распространения информации по наблюдавшимся уровням
ионизирующего облучения и радиоактивности
(естественной и антропогенной) окружающей среды, а
также по последствиям такого облучения для человека и
окружающей среды.
19. 19
Проблема защиты населения от действия радиационного
облучения носит глобальный характер.
Этими вопросами занимается Международная комиссия
по радиационной защите (МКРЗ).
В Республике Беларусь вопросы гигиенического
нормирования разрабатывает Национальная
комиссия по радиационной защите при Совете
Министров Республики Беларусь.
20. 20
Цель радиационной защиты – предупреждение
возникновения детерминированных эффектов путем
поддержания доз ниже соответствующих порогов и
обеспечения практически всех приемлемых мер для
уменьшения вероятности возникновения стохастических
эффектов.
21. 21
Три принципа определяются нижеследующим образом:
• Принцип обоснования: Любое решение, которое приводит
к возникновению ситуации облучения, должно приносить
больше пользы, чем ущерба.
• Принцип оптимизации защиты: Вероятность
возникновения облучения, число облученных лиц и
величины их индивидуальных доз должны быть
настолько низки, насколько это разумно достижимо с
учетом экономических и социальных факторов.
• Принцип применения пределов дозы: Суммарная доза
излучения для индивидуума от регулируемых
источников в ситуациях планируемого облучения(кроме
медицинского облучения пациентов) не должна
превышать соответствующих пределов дозы,
установленных Комиссией.
22. 22
МКРЗ подразделяет облучение на три вида:
• профессиональное облучение;
• медицинское облучение;
• облучение населения, которое включает все виды облучения.
Орган или
ткань
Дозовые
пределы
Профессиональное
облучение
Облучение
населения
Доза
эквивалентная
эффективная
или доза на все
тело
20 мЗв в год в среднем
за любые
последовательные 5
лет, но не более
50мЗв/год
1 мЗв в год в среднем
за любые
последовательные 5
лет, но не более
5мЗв/год
Годовая эквивалентная доза для отдельных органов
Хрусталик
глаза
150 мЗв 15 мЗв
Кожа 500 мЗв 50 мЗв
Кисти и стопы 500 мЗв 50 мЗв
23. 23
Для обеспечения радиационной безопасности введены
также пределы годового поступления (ПГП), что
обеспечивает защиту от внутреннего облучения.
ПГП – это поступление определенного количества
радионуклидов ингаляционным или пероральным путем в
течении года в организм условного человека, которое
должно привести к получению дозы, равной
соответствующему пределу дозы. ПГП получают делением
соответствующего предела годовой эффективной дозы на
полувековую эффективную дозу, создаваемую при
поступлении 1 Бк активности данного радионуклида.
24. 24
Тип
радионуклида
Поступление с
вдыхаемым воздухом
Поступление с водой и
пищей
Дозовый
коэффициент,
Зв/Бк
ПГП,
Бк/год
Дозовый
коэффициент,
Зв/Бк
ПГП,
Бк/год
Цезий -137 35·10–7 2,8·103 3,6·10–8 22,8·104
Стронций-90 9,1·10–9 1,1·105 1,4·10–8 7,0·104
Плутоний-239 9,1·10–9 11 7,6·10–7 1,3·103
Йод-131 1,61·0–8 6,1·104 2,6·10–8 3,8·104
Калий-40 3,8·10–9 2,6·105
Пределы годового поступления некоторых
радионуклидов для населения
25. 25
Основные нормативные документы Республики Беларусь:
• Санитарные нормы и правила «Требования к
радиационной безопасности» (Постановление
Министерства здравоохранения Республики Беларусь
28.12.2012 № 213)
• Гигиенический норматив «Критерии оценки
радиационного воздействия» (Постановление
Министерства здравоохранения Республики Беларусь
28.12.2012 № 213)
• ГН 10-117-99 Республиканские допустимые уровни
содержания радионуклидов в пищевых продуктах и
питьевой воде (РДУ-99)
• Гигиенические требования по ограничению
облучения населения за счет природных источников
ионизирующего излучения Санитарные правила и
нормы2.6.2.11-4- 2005
26. 26
Санитарные нормы и правила «Требования к
радиационной безопасности»
Министерство здравоохранения Республики Беларусь
устанавливает конкретные референтные уровни для облучения,
обусловленного присутствием радионуклидов в товарах и
предметах потребления, таких как строительные материалы,
пищевые продукты, корма для животных и питьевая вода. Данные
референтные уровни определяются из расчета, что годовая
эффективная доза для репрезентативного лица не должна
превышать 1 мЗв.
Референтный уровень – в ситуациях аварийного или
существующего облучения – уровень дозы, риска или активности
радионуклидов, выше которого планировать допустимое облучение
неприемлемо, а ниже которого следует продолжать оптимизацию
защиты и безопасности.
Репрезентативное лицо – индивидуум, получивший дозу
излучения, которая репрезентативна для наиболее высоко
облученных индивидуумов в популяции;
27. 27
При проведении профилактических медицинских
рентгенологических исследований и научных исследований
практически здоровых лиц годовая эффективная доза
облучения этих лиц не должна превышать 1 мЗв.
Требования настоящих Санитарных норм и правил не
распространяются на источники ионизирующего излучения,
создающие при любых условиях обращения с ними:
• индивидуальную годовую эффективную дозу не более
10 мкЗв;
• индивидуальную годовую эквивалентную дозу в коже не
более 50 мЗв и в хрусталике глаза не более 15 мЗв;
• коллективную эффективную дозу за год не более 1 чел.-
Зв, либо когда при коллективной эффективной дозе более
1 чел.-Зв оценка по принципу оптимизации показывает
нецелесообразность снижения коллективной эффективной
дозы.
28. 28
Гигиенический норматив «Критерии оценки
радиационного воздействия»
Глава 1. Общие положения.
Глава 2. Значения уровней радиационного воздействия,
используемые для обеспечения радиационной безопасности
при нормальных условиях эксплуатации источников
ионизирующего излучения.
Глава 3. Значения уровней радиационного воздействия,
используемые для обеспечения радиационной безопасности
в случае ядерной или радиационной аварийной ситуации.
29. 29
Если прогнозируется получение дозы облучения:
• немедленно принять предупредительные защитные меры
(даже в трудных условиях) для удержания доз
облучения ниже общих критериев;
• обеспечить информирование и предупреждение
населения;
• провести срочную дезактивацию.
Если доза была получена:
• немедленно провести медицинское обследование,
консультации и назначенное лечение;
• осуществить контроль радиоактивного загрязнения;
• провести немедленную декорпорацию (если это
применимо);
• обеспечить регистрацию для долгосрочного контроля
здоровья;
• обеспечить всестороннее консультирование
психологами.
30. 30
Декорпорация – биологические процессы,
осуществляющиеся с помощью химических или
биологических агентов, благодаря которым из организма
человека удаляются инкорпорированные радионуклиды
№ Наименование продукта Бк/кг, Бк/л
1. Вода питьевая 0,37
2. Молоко и цельномолочная
продукция
3,7
3. Хлеб и хлебобулочные изделия 3,7
4. Картофель 3,7
5. Специализированные продукты
детского питания в готовом для
употребления виде
1,85
Республиканские допустимые уровни
содержания радионуклидов цезия-137 и стронция-
90 в пищевых продуктах и питьевой воде (РДУ-99)
31. 31
№ Наименование продукта Бк/кг, Бк/л
1. Вода питьевая 10
2.
Молоко и цельномолочная продукция
100
3.
Молоко сгущеное и концентрированное
200
4. Творог и творожные изделия 50
5. Сыры сычужные и плавленые 50
6. Масло коровье 100
7. Мясо и мясные продукты, в том числе:
7.1.
7.2.
Говядина, баранина и продукты из них
Свинина, птица и продукты из них
500
180
8. Картофель 80
9. Хлеб и хлебобулочные изделия 40
10. Мука, крупы, сахар 60
11. Жиры растительные 40
12. Жиры животные и маргарин 100
13. Овощи и корнеплоды 100
14. Фрукты 40
15. Садовые ягоды 70
16.
Консервированные продукты из овощей, фруктов и ягод садовых
74
17.
Дикорастущие ягоды и консервированные продукты из них
185
18. Грибы свежие 370
19. Грибы сушеные 2500
20.
Специализированные продукты детского питания в готовом для
употребления виде 37
21. Прочие продукты питания 370
Для цезия-137
32. 32
Гигиенические требования по ограничению облучения
населения за счет природных источников ионизирующего
излучения
Облучение населения природными источниками ионизирующего
излучения считается повышенным, если эффективная доза за
счет всех основных природных источников ионизирующего
излучения составляет от 2 до 5 мЗв/год; если дозы облучения
населения превышают 5 мЗв/год, то облучение населения
является высоким.
