ТКІШ РАДИАЦИЯ. РАДИОБЕЛСЕНДІ ЗАҚЫМ

Гамма-сәулелену және нейтрондар ағымы әр-түрлі ядролық реакцияларының себенінен материя қойнауынан пайда болады. Бұндай реакциялар ядролық жарылыс кезінде болады және олардың бір түрі -радиобелсенділі элементтердің ыдырауы. Ыдырау үрдісі ядролық жарылыстың соңынан көтерілген бұлтта да, жерде де өтіп жатады.

Өткіш радиация алғашқы 15-20 секундтар арасында, яғни жарылыс барысында және бұлттың 2-3 км биіктікке көтерілгенінше әсер етеді; осыдан кейін гамма-сәулеленуді және нейтрондарды әуе қабаты өзіне сіңіріп алады. Радиобелсенді зақым болса (ластау) тек ыдырау реакцияларынан (кейбір элементтердің тұрақсыз изотоптарының ядролары ыдырауынан) туындайды, ол да басым есебінде гамма-сәулелену болып табылады. Өткіш радиация мен радиобелсенді зақымның негізгі зақымдаушы көрсеткіші – сәулелену дозасы (шарпу мөлшері). Жіті сәуле ауруының дәрежелері шарпу мөлшеріне байланысты. Ілгеріде айтқандай гамма-сәулелену мен нетрондардың атомдарды, молекулаларды иондау қасиеті бар. Шарпу мөлшері деп сәулеленген ортаның (материяның) бірлік массасы сіңіріп алған иондатқыш сәуле ағынының энергия шамасын айтады. Шарпу мөлшерінің үш түрін ажырата білу керек:

- экспозициялық мөлшері әуедегі радиацияны сипаттайды. Халықаралық бірліктер жүйесінде (СИ) ол Кл/кг мен өлшенеді (Кулон/килограмм), оның басқа бірлік өлшемі (жүйеден тыс) рентген (р) деп аталады. 1 р шарпу мөлшерінде гамма-сәулелену ықпалынан құрғақ ауаның әр 1 см³ көлемінде (1=0°С, сынап бағанасы 760 мм) 2,08л>10⁹ жұп иондар түзіледі. 1 р=2,58 ІьІО"⁴ Кл/кг;

- жұтылған мөлшері иондатқыш сәулеленудің биологиялық ұлпаларға ететін әсерін дәлірек білдіреді, ол СИ жүйесінде Грей (Гр) бірлігімен өлшеніп заттың 1 кг массасы 1 Дж энергиясын жұтып алғанын көрсетеді, яғни 1 Гр=1 Дж/кг. Жүйеден тыс бірлік өлшемі 1 рад, яғни 1 Гр=100 рад. Әуеде 1 р=0,87 рад, ал биоұлпаларында 1 р=0,95 рад. Есептеуге не айтылуға оңай болуы үшін рентген мен рад бір біріне тең деп санауға да болады;

- эквиваленттік мөлшерін (балама мөлшері) білу үшін сапа коэффициентті (К) жұтылған мөлшерге көбейтеді. Балама мөлшері гамма - сәулелену мен нейтрондардың биоұлпаға ететін әсерін салыстыруға (теңестіруге) арналған.

Гамма -, бета - және рентген сәулелену үшін К=1;

Энергиясы 20 кэВ-тан кем нейтрондар үшін К=3;

Энергиясы 0,1 МэВ пен 10 МэВ арасындағы нейтрондар үшін К=10.СИ жүйесінде балама мөлшері Зиверт (Зв) бірлігімен, ал жүйеден тыс бэр бірлігімен өлшенеді, яғни 1 Зв=100 бэр=1 ГрК.

Әртүрлі шарпу мөлшерлерін салыстыру жұмыстарын мынадай оңаша берілген байланыстар жеңіл жолға түсіреді:

1 Зв=1 Гр К; 1 Зв=100 бэр; 1 Гр=100 рад; 1 Р 1 рад.

Ядролық жарылыс барысында шыққан өткіш радиацияның шарпу мөлшері (алғашқы радиация шарпуы) бомбаның қуатына, жарылыс өрталығынан қашықтыққа байланысты. Қуаты 1 млн.тонналық жарылыста, одан 2,8 км қашықтықта шарпу мөлшері 100 р, ал 100 мың. т. үшін ол 5 р-ге тең.Радиация фотоматериалдарды бүлдіреді, кейбір радиоэлектронды аппаратураны істен шығару мүмкін, бірақ жалпы техникаға, құрылыстарға зақымы көп емес. Алайда тірі организмге радиацияның кері әсері мол, ол шарпу мөлшеріне байланысты. Дағдылы жағдай күндері адам табиғи радиация мөлшерін қабылдап тұрады, жылына оның шамасы 0,0015 Гр-мен шектеледі (0,15 рентген ). 30 жылда қабылданған 0,05 Гр (5Р)мөлшері қауіпті деп саналмайды. Сәуле ауруына адамды (жэне малды да) 100 р-нен жоғары мөлшермен бір рет сәулелену шарпу шалдықтырады. Ұлғайтылған сәулеленуге түскен организм 4-ші тәуліктен бастап өздігінен сауығуға кіріседі, сөйтіп әр тәулікте барлық қабылдаған мөлшердің 3% жойып өтырады. Алғашқы бір ай мерзімінде организм зақымның 50%-нен құтылады. Алайда зақымның 10%-ті кері қайтпас зақым болып қала береді, ал зақымдану ауырлығын айыруға ұлғайтылған сәулеленудің биологиялық нәтижесі-барлық мөлшер сомасының 50%-ті-алынады. Сондықтан адам организмі бір мезгілде сіңірген және ұлғайтылып сәулеленуге түскен мөлшерін қатаң қадағалап өтыру керек. Бұрынырақ айтылғандай алғашқы радиацияға (өткіш радиация) шалдығу қауіпі негізгі нейтрон қарудан және жер үстіндегі ядролық жарылыстан төнеді. Сәуле ауруы адамның инфекцияға қарсы тұратын қабілетін (иммунитетін) пәсеңдетеді.

Радиобелсенді бұлттан түскен және жерде пайда болған (сіңген радиация) радиобелсенді өнімдер (шамасында 36 элементтерінің 200-ге жүық тұрақсыз изотоптар) радиобелсенді заттар (РЗ) деп аталады. Радиобелсенді заттардың түсі,дәмі, иісі адамға білінбейді. Қуатының әр мың тоннасына шаққанда 37 грамм осындай өнімдер шығады екен, бұлардың белсенділігі 3000 т радийдің гамма-сәулеленуіне тең болады. Бірақ зақымдану деңгейі шұғыл төмендеп отырады. Радиация деңгейінің (Р^) басылуы американдық ғалымдары Вей және Вигнер ашқан заңына қарай мынау формулаға тәуелді:

Р_t=P₁t^-½,

Р₁ - жарылыстан кейін бір сағат өткендегі радиация деңгейі (рад/сағ);

t - жарылыстан кейін өткен уақыт (сағ.)

Уақыт 7 есе өткен сайын ол 10 есе шөгеді ("7-10" деген заңы). Мысалы жарылыстан 1 сағат өткенде белсенділік 100% - деп саналса, 7 сағаттан кейін ол 10% ал 49 сағаттан кейін 1%-тін құрайды.

Чернобыль АЭС қирауында бұл заң басқаша болды, яғни радиация деңгейі төмендеуі "7-2" деген заңға саяды. Радионуклидтердің басым саны, жартылай ыдырау мерзімі қысқа болғандықтан, алғашқы бірнеше ай ішінде ыдырап таусылады. Ұзақ тұратындардан қалғаны (-және - белсенділерге жататындар): церий - 144, Т_1/2=284 тәулік; цезий -134, Т_1/2=2 жыл; цезий-137, Т_1/2=30 жыл, стронций - 90, Т_І/2=28 жыл. Барлық радионуклидтердің әсері (қосып есептегенде) шамада 10 жыл арасынды орын алады деп күтілген. Алюминийдің жартылай ыдырау мерзімі Т_1/2=2,3 мин, марганецтің - Т_1/2 =2,6 сағ., 24-натрийдің - Т,_/2=15 сағ. 235-уран, 239-плутоний сияқты реакцияға қатысып үлгермеген әлементтердің жартылай ыдырау мерзімі ұзақ болғантықтан (235-уранның Т_1/2=6,85 10⁸ жыл) олардың радиация деңгейіне үлесі өте шамалы. Радиация деңгейі зарарданған аумақта Ампер/килограм өлшенеді (А/кг), 1Р/сағ=7,17 10"⁸ А/кг, яғни ол белгіленген уақыт мерзімінде шарпу мөлшерін көрсетеді. Радиация деңгейі 0,5 р/сағ шамасынан жоғары болған жағдайда ол жер зақымданған болып есептеледі. РЗ-дың басым массасы алғышқы 10-12 сағатта бұлттан түсіп үлгереді. Зарарданған жер аумағы жел бағытына қарай созылған эллипс тәрізді формасын алады (егер жел бір келкі болса). Оны елестете 4 зонаға бөлуге болады: Г-зонасында РЗ-дың толық ыдырауынан шыққан шарпу мөлшері (Д ) 40,0 Гр-ге тең (4000р); жарылыстан бір сағат өткендегі зона шетіндегі радиация деңгейі Р^ВОО р/сағ., бүкіл бұлт ізінің ауданынан алатын үлесі А=7%; В-зонасында-Д ~12,0 Гр(1200Р), Р₁=240 р/сағ., А=13%; Б- зонасында -Д ~ 4,ОГр(400р) Р,=80р/сағ, А=20%; А-зонасында-Д -0,4 Гр(40р), Р!=8р/сағ, А=60%. Жарылыстан бастап саналған белгілі уақытта (і^өлшеген деңгейі (Р^ар) жэне Д бір бірімен байланысты Д =5Р_Ьар1_зар. Толық шарпу мөлшерінің 50% бірінші тәулікке келеді, 7%-екінші, 3%-үшінші тәулікке, ал келесі тәуліктерде 2%-тен. Сондықтан радиобелсенді зақымнан мұқият түрде алғашқы үш тәулік арасында қорғану қажет, бұл уақыт аралығына шарпу мөлшерінің 60%-ті саяды.

Қорғану әдістерін жүзеге асырғанның өзінде сәуле ауруына шалдыққандардың 20% бірінші дәрежелі, 20%-екінші, 30%-төртінші дәрежелі болып шығады (орташа шамалаған есеппен). Осылардың 50%-ті 2-3 аптадан кейін емделу үшін емханаға жатқызылуы керек. Жарылыстың кезінде немесе РЗ-мен ластанған ауданнан радиацияны қабылдау себебінен туындаған сәуле ауруының клиникалық көрінісі бірдей. Ядролық жарылыс себебінен зарарданған жердің формасы эллипс тәрізді болуы міндетті емес. Егер жел бағыты жылдам өзгеріп тұрса, радиобелсенді бұлттың қимылы да бір қалыпты болмайды. Адамдар сыртқы гамма-сәулелену шарпуына түсуімен бірге РЗ-дың денеге жабысуға, тыныс алу жолдарымен ағзаға өтуге, тамақ, су арқылы ішек-қарынға түскенге байланысты сәулеленеді. Алайда бұл факторлар сыртқы гамма-сәулеленуге қарағанда шіли маңызды емес көрінеді.Тек сүтпен және сумен бірге өткен 131-йод изотопы қауіпті болып саналады, өйткені ол қалқанша безде жиналады. Табиғат РЗ-мен ластануы атом электр станциялары талқандалып қалғанда да немесе өздігінен атылған кезде де болады. Ондай оқиға болды да. Ол белгілі Чернобыль АЭС-ның апаты (1986ж). АЭС-ның жұмысы да ядролық реакциялардан шығу энергиясын пайдалануға негізделген, алайда энергия шығару эдісі жарылыс түрінде емес, керісінше баяу қалпында өтеді және авария себебінен таралған радионуклидтердің құрамы біраз өзгеше келеді. Чернобыль апаты жағдайында радионуклидтердің (РЗ-дың басқаша атаулысы) жан-жаққа таралуы ұзақ мерзімге созылды және осы уақыт арасында ауа райы құбылмалы болып зарарданған зоналардың формасы желпеуіш тәрізді қалыптасты. Радиация деңгейі РЗ-дың құрамына байланысты 7 есе ұзарған уақыт сайын 2 есе басылып отырды. Дегенмен бір жыл өткеннен кейін радиация деңгейі 55 есе азайды. ЧАЭС аймағындағы ел-мекендерден халық түгел көшірілді, ауыл-шаруашылық өндіріске жердің 2 млн. гектар көлемінде тыйым салынды, өйткені оның бәрі зарарданылды деп саналған. Орманның 400 га ауданы сарғайып шықты.

Ядролық энергетика– техниканың ядро ішіндегі энергияны энергияның басқа түріне (мысалы, жылулық, механикалық, электрлік) түрлендіру және оны өнеркәсіптік, тұрмыстық қажетке пайдалану мәселелерін қарастыратын саласы. Өнеркәсіптік ядролық энергетикалық қондырғылардың төмендегідей түрлері бар: жылулық атом стансасы (тұрмыстық және өнеркәсіптік мақсат үшін жылу өндіруге арналған), ядролық күш қондырғысы (локомотив, кеме, ұшақты қозғалысқа келтіру үшін ядролық энергияны пайдаланатын), атом электр стансасы. Ядролық энергетикалық қондырғыда ядроның бөлінуі кезінде түзілетін энергия түгелдей денеде жұтылады және жылуға айналады. Бұл процесс ядролық реакторда жүреді. ^[1]