Сборник конспектов лекций по основам безопасности жизнедеятельности Книга 2005 год
|
|
Скачать 1.35 Mb.
|
|
Архангельский городской лицей им. М.В.Ломоносова. Кощеев В.Н. ЧЕЛОВЕК и ТЕХНОСФЕРА сборник конспектов лекций по основам безопасности жизнедеятельности Книга 1. 2005 год. ВСТУПЛЕНИЕ Целью этой брошюры является содействие более детальному изучению учащимися наиболее сложных тем курса ОБЖ. Содержание максимально приведено в соответствие с содержанием курса физики, химии, биологии, изучаемыми в 8-11 классах с одной стороны, с другой стороны – содержание и цели приведены в соответствие с курсом БЖД, изучаемого в вузах. Брошюра может быть полезна для лиц, связанных с выполнением обязанностей в системе Гражданской обороны. Изложение материала имеет логическое построение в соответствие с принципами безопасности: предвидеть, избегать, действовать. Глава 1. Защита от излучений. Излучение - это перемещение энергии в пространстве. В процессе взаимодействия с атомами пространства, энергия излучения производит разогрев, ионизацию или приводит к ядерным превращениям. Такое взаимодействие может представлять серьёзную опасность, если оно происходит с живой материей, т.е. биологическими объектами, находящимися в этом пространстве. В процессе эволюции человеческий организм непрерывно подвергался действию различных излучений, источником которых было Солнце, Космос, некоторые элементы, находящиеся в недрах Земли. Дозы, получаемые человеком от этих излучений, в процессе эволюции стали привычными для организма, более того, излучения стали одним из инструментов эволюции, воздействуя на наследственный механизм живой клетки. Положение изменилось, когда человечество овладело технологиями, которые привели к появлению источников излучений значительно большей мощности, чем природные, что привело к появлению целого букета заболеваний онкологического, эндокринного и генетического типа. Анализ стремительного развития новых технологий свидетельствует о том, что лучевое воздействие на жизнь имеет тенденцию к увеличению. Интенсивно идут разработки новых видов оружия, использующих электромагнитное излучение. Всё, перечисленное выше, делает чрезвычайно актуальным ознакомление населения с некоторыми аспектами проблемы защиты от излучений. В этой главе рассматриваются излучения, воздействие которых на человеческий организм является повседневной реальностью, либо возможно с случае возникновения чрезвычайных ситуаций. Будет рассмотрено два основных вида излучений: ^ . 2) Корпускулярные излучения: α-излучение, β-излучение, нейтронное излучение. Существует три основных принципа защиты от любого излучения:
^ 1.1. Радиоволны. Радиоволны способен излучать любой проводник, по которому протекает переменный ток. Чем выше частота тока, тем эффективней излучение. Мощность излучения убывает пропорционально квадрату расстояния от источника излучения. Скорость распространения радиоволн равна скорости света, т.е. 300 000 км/сек. Дальность распространения практически не ограничена. ^ :
2) Телевидение. 3) Радиолокация. Опасные источники :
Защита расстоянием:
женных вблизи населенных пунктов ( 1-3 км для РЛС. TV, радиостанций, ок. 500 метров для ЛЭП 110-750 kV). В санитарных зонах запрещено размещение жилых, производственных зданий и учреждений. 2) Вынос за пределы жилой зоны опасных источников излучения. Человек обязан выполнять требования указателей на ограждении санитарных зон, избегать приближения к источникам на опасное расстояние. Защита временем:
меры, чтобы в кратчайшее время покинуть опасную зону. Защита препятствием:
2) Экранирование ВЧ-генераторов, передатчиков, ВЧ-кабелей, мощных силовых кабелей для предотвращения паразитного излучения. 3) Размещение персонала опасных объектов в металлических кабинах и экранированных помещениях, использование специальных металлизированных костюмов. Опасность для человека представляют не только мощные источники радиоволн, но и те, которые имеют малую мощность, но к которым трудно или невозможно применить общие принципы защиты. К таким источникам относятся бытовые источники, которых становится всё больше (компьютер. телевизор, микроволновая печь, другие электроприборы, в том числе электропроводка). Особое внимание заслуживает мобильный телефон, который создает в области уха напряженность электромагнитного поля, сравнимого с полем РЛС, работающей на расстоянии километра ! ^
и молекул живых тканей. Разогрев опасен тем, что белковые молекулы разрушаются при температуре выше 42 градусов, т.е. возможны поражения на клеточном уровне, свёртывание крови и пр.
Заключается в том, что в результате длительного облучения, даже небольшой мощностью, возможно появление лейкозов, нейроэпителиальных опухолей, гормональных расстройств и дегенеративных изменений. 3) Информационное действие. При действии на мозг радиоизлучений с частотами, близкими к частотам ритмов мозга, может наблюдаться сдвиг в эмоциональном и интеллектуальном состоянии человека. В определённых условиях это может создать опасные ситуации ( сонливость, депрессии, гнев и т.д.). Опасным является действие радиоволн с частотами, близкими к резонансным частотам раз- личных органов, например: сердце 700-800 гц, почки 600-700 гц. печень 300-400 г Сдвиг частоты вниз соответствует онкологическим тенденциям, вверх- воспали- тельным процессам. Внутри организма взаимодействие на клеточном уровне происходит на частотах 30 до 300 Ггц (!) Механизм опасных изменений состоит в том, что изменение резонансной частоты органа приводит к изменению концентрации ионов в клет- ках. Меры безопасности при пользовании мобильным телефоном.
плотно к уху.
излучения телефона. Радиоволны- самый низкочастотный участок электромагнитного излучения. Радиоволны, в свою очередь, также делятся на отдельные частотные отрезки (диапазоны, поддиапазоны). Это делается для удобства их использования, т.к. радиоволны различных частот имеют различные особенности распространения, требу- ют различных технических решений при конструировании аппаратуры и каждый диапазон используется для конкретных целей. ^ . 1) Сверхдлинные волны ( λ>3000 м) - некоторые виды радиосвязи. 2) Длинные волны (λ=3000-600 м) - радиовещание. 3) Средние волны (λ=600-200 м) - радиовещание. 4) Промежуточные волны (λ=200-100 м) - радиосвязь. 5) Короткие волны (λ=100-10 м) - радиовещание и радиосвязь. 6) Ультракороткие волны (λ=10-0,3 м) - радиосвязь, радиолокация, телевидение, космическая связь, радиовещание. 7) Микроволны – СВЧ (λ= 0,3 м- 1 мм ) - космическая связь. Длинные и сверхдлинные, а также средние и промежуточные волны хорошо огибают Землю, образуя поверхностный луч. Короткие волны образуют пространственный луч, но не в состоянии преодолеть ионосферу, поэтому отражаются от нее. За счет многократного отражения от ионосферы и земной поверхности на КВ можно устанавливать связь на большие расстояния при относительно небольшой мощности. Ультракороткие и микроволны распространяются по законам света, поэтому с помощью их можно установить связь только в пределах видимости. На поверхности земли это десятки километров, т.к. мешает кривизна земли, зато в космическом пространстве это уже миллиарды километров. УКВ и СВЧ свободно проходят через ионосферу. Разогревающий эффект радиоволн используется в микроволновых печах, в физиотерапии, в специальной металлургии. Главное применение радиоволн – прием и передача информации и телеуправление.
Световое излучение- это основа жизни на Земле. Именно в виде света Земля получает необходимое количество энергии, нужного для поддержания климатического режима и существования всего живого. Но избыточное количество световой энергии представляет для жизни смертельную опасность. Световое излучение занимает по частоте среднее положение между радиоволнами и более высокочастотными рентгеновским и гамма излучением. Световой спектр делится на три частотных отрезка: инфракрасное излучение (низкочастотный участок), видимое излучение (среднечастотный участок), ультрафиолетовое излучение (высокочастотный участок). Разность частот создаёт серьёзные отличия в свойствах этих разновидностей света. Инфракрасное излучение. Использование.
Опасные источники.
Действие на человека.
Защита от ИК-излучения.
Инфракрасное излучение испускает любое нагретое тело. Более 50% солнечного спектра составляют инфракрасные лучи, именно они обеспечивают нагрев поверхности Земли и поддержание необходимого для жизни температурного режима. Видимое излучение. Благодаря видимому излучению, человек получает 90% информации об окружающем мире, благодаря ему в растениях происходит фотосинтез, благодаря ему человек стал Человеком. Использование человеком.
5) Лазеры. Опасные источники.
2) Электросварочные работы и другие дуговые источники света ( прожектор ).. 3) Световое излучение ядерного взрыва. ^ . 1) Мощное и длительное воздействие способно вызвать лучевой ожог кожи. 2) Вызывает светобоязнь, ухудшение зрения и временную слепоту. Особенно отрицательно действует голубой и пульсирующий свет. Защита.
светлых тонов. Для глаз защитные очки, предпочтительно коричнево-зелёного цвета, а в отдельных случаях, ограничение поля зрения. Земная атмосфера слабо задерживает видимый свет. Это даёт нам возможность вести астрономические наблюдения и более полно использовать солнечную энергию. Ультрафиолетовое излучение. Большая часть ультрафиолетового излучения задерживается озоновым слоем атмосферы. Этот факт привел к тому, что эволюция жизни происходила при ограниченных дозах ультрафиолетового излучения, поэтому даже небольшое превышение привычного уровня излучения может привести к катастрофическим изменениям в биосфере планеты. В то же время ультра фиолетовое излучение оказывает громадную пользу для всех видов живых существ, в том числе и для человека. Например, основу опорно-двигательного аппарата человека составляет кальций, а его усвоение невозможно без витамина «D». А этот витамин синтезируется организмом пол действием УФ-излучения. Ультрафиолетовое излучение стимулирует обменные процессы и укрепляет иммунную систему, но оно же может ее разрушить при избыточном облучении. Использование человеком.
Опасные источники.
Действие на организм человека.
Защита.
Организм вырабатывает защитное вещество- меланин, которое откладывается в верхних слоях кожи. Мы его называем загар. Наличие загара указывает на то, что достигнут рубеж, когда необходимо ограничение УФ-облучения. Главная ограничительная мера – исключение прямого воздействия на кожу, особенно днём, когда угол падения солнечных лучей близок к 90о и действие на них озонового слоя минимально, поэтому к поверхности проникает жесткое (наиболее высокочастотное), наиболее опасное УФ-излучение. Более опасное действие на биологические объекты УФ-излучения обусловлено его близостью по частоте к ионизирующим излучениям, поэтому некоторые его свойства близки к рентгеновскому и гамма-излучению. Например, избыток жесткого ( λ=280-320 нм ).УФ-излучения, приводит к уменьшению площади листьев и массы растений, приводит к гибели фито и зоопланктона в поверхностном слое океана, что разрушает пищевые цепи и может привести к исченовению огромного количества живых существ. Лучшим временем для загара являются утренние часы с 9.00 до 11.00 и послеобеденные- с 16.00 до 17.00 на юге и 19.00 на севере. Остальное время на пляже рекомендуется проводить под навесами, зонтами и т.д. Наличие головного убора обязательно.
К электромагнитному ионизирующему излучению относится рентгеновское и гамма-излучение. Гамма-излучение наиболее коротковолновое (высокочастотное) из всех электромагнитных излучений. Это делает гамма-излучение не похожим ни на одно из вышерассмотренных излучений. ^ 1) Рентгеновское излучение используется в медицине (рентгеноскопия, ренгено- графия, флюорография). 2) Гамма-излучение используется для лучевой терапии в онкологии. 3) Гамма-излучение используется в дефектоскопии промышленных изделий. 4) Поражающий фактор ядерного оружия. Опасные источники.
Гамма-излучение воздействует уже не на атомы и молекулы вещества, а на его составные части, возбуждая ядра атомов, вызывая изменения в электронных оболочках атомов (ионизацию). Несмотря на то, что гамма-излучение подчиняется тем же законам, что и другие электромагнитные излучения, создание препятствия для защиты от него весьма проблематично и вызывает огромные трудности при практическом осуществлении. Гамма-излучение имеет колоссальную проникающую способность: - в воздухе сотни метров; - в воде- десятки метров; - в бетоне- метры; - в металле- десятки сантиметров. Действие на человека. Обусловлено разрушительным действием ионизирующего излучения на живую клетку. Ионизация цитоплазмы, которая состоит на 75% из воды, приводит к тому, что вода подвергается радиолизу. После ряда химических превращений большая часть воды превращается в перекись водорода. Перекись водорода является сильнейшим окислителем, что, в свою очередь, приводит к гибели органоидов, находящихся в цитоплазме и разрушению мембраны, что, само по себе, является смертельным для клетки. Непосредственное действие на ядро клетки приводит к нарушению работы наследственного механизма клетки. Возможны три варианта нарушения его работы: а) клетка теряет способность размножаться (делиться); б) клетка начинает ускоренно делиться (предпосылки опухолевого процесса). в) возникают мутации, что приводит к более или менее сильным изменениям в дочерних клетках. Таким образом, наиболее вероятный исход действия ионизирующего излучения на клетку – её гибель. Чем больше мощность излучения и чем больше времени оно действует на живую ткань, тем большая доза поглощается клетками ткани и, следовательно, большее их количество погибнет. Гибель клеток приводит к нарушению функций систем и отдельных органов человека и других разрушительных процессов. Развивается тяжелейшее заболевание – острая лучевая болезнь. При получении дозы >5Гр, летальный исход неизбежен. Примеры действия гамма –излучения на различные системы организма:
Даже при выздоровлении, возможны тяжелые последствия: онкологические заболевания, эндокринные заболевания, генетические заболевания, передающиеся по наследству до 10-го поколения. Защита.
однократная – 50 Р, недельная – 200 Р, квартальная – 300 Р.
Ослабляет в 10 раз - 0,5 м бетона. в 100 раз - 1,0 м в 1000 раз - 1,5 м в 10000 раз - 2,0 м в 100000 раз - 2,5 м в 1000000 раз - 3,0 м Таблица позволяет с точностью до 20% определить защитные свойства бетона, как наиболее распространенного строительного материала. В 1 000 000 раз ослабляет гамма-излучение слой воды 8 м, слой железа 70 см, слой свинца 20 см. Наиболее подходящими сооружениями для укрытия от гамма-излучения являются:
^
Альфа-излучение, это поток α-частиц, представляющих собой комбинацию 2 нейтронов и 2 протонов ( ядер гелия ). Их скорость движения составляет около 20000 км/сек. Пробег в пространстве незначительный: в воздухе- см, в воде мм, в металле тысячные доли мм, поэтому защита от альфа-излучения не представляет труда и защитную функцию может играть одежда, лакокрасочное покрытие, упаковочный материал. Основной проблемой является защита органов дыхания и желудка от попадания радионуклидов в виде пыли и с пищей, а также защита открытых участков кожи от непосредственного контакта с источниками альфа-излучения. Альфа-излучение имеет самую большую, из всех ионизирующих излучений, ионизирующую способность. Поэтому несмотря на относительную простоту защиты представляют серьёзную опасность при непосредственном контакте с альфа-активными изотопами. Ионизирующая способность альфа-излучения в 20 раз выше, чем у гамма-изллучения. Источником альфа-излучения является альфа-распад. который может происходить в ядрах некоторых элементов естественным путем или в искусственных изотопах, образующихся при бомбардировке ядер нейтронами. К альфа-распаду склонны ядра с большим количеством протонов, т.к. именно в них могут сложиться условия когда кулоновские силы отталкивания между протонами превысят силы внутриядерного взаимодействия. В этом случае ядро теряет альфа-частицу( 2n2p), т.е. теряет в заряде 2 единицы, а в массе 4, таким образом происходит превращение в другой элемент, который нужно искать на две позиции влево по таблице Менделеева. Происходит «левое смещение». ^
Действие на человека.
При вдыхании альфа-активных газов ( радон ), в результате ингаляционного эффекта, может произойти тяжелое поражение всего организма. Защита.
ивание вентиляционных отверстий. 3) Ежедневная влажная уборка квартиры, выбивание верхней одежды, обтирание обуви влажной ветошью Ежедневная помывка со сменой нижнего и постельного белья. 4) Хранение пищи и воды в герметизированной таре, холодильниках, полиэтиленовых пакетах.. 5) Ежедневный прием препаратов йода, кальция, небольшого количества сухого красного вина. 6) Находясь на улице, избегать запыленных мест : дорог с интенсивным движением, не сидеть на скамейках, не прислоняться к стенам и т.д. . ^
Нейтронное излучение – это поток нейтронов, источником которого являются ядер- ные реакции деления ядер тяжелых элементов ( уран-235, плутоний-239) или синтеза лёгких ядер ( изотопы водорода- дейтерий и тритий). В итоге каждого акта деления, ядро урана-235 делится на два осколка, масса и зарядовое число которых в сумме равно массе и зарядовому числу разделившегося ядра. Продукты деления – это изотопы элементов, расположенных в средней части таблицы Менделеева, наприме такие как стронций-90, цезий-137 и пр. При каждом акте деления появляются два-три новых нейтрона, которые производят деление следующих ядер ( если им удаётся с ними встретиться). Нейтроны, которые не встретились с ядрами улетают из зоны реакции и находятся в свободном состоянии, пока не будут захвачены ядрами элементов окружающей среды или прекратят существование (жизнь нейтрона 15,3 минуты). Процесс образования свободных нейтронов происходит и в реакции синтеза ядер изотопов водорода, когда, в результате слияния ядер дейтерия и трития, образуется ядро гелия и свободный нейтрон. Нейтроны сочетают проникающую способность гамма-излучения и огромную ионизирующую способность альфа-излучения. ^ нов в воздухе составляет сотни метров, в воде более 10 метров, в бетоне- несколько метров, в металле около метра. Ионизирующая способность в 10 раз больше чем у гамма-излучения. Исходя из этих особенностей нейтронов, можно уверенно утверждать, что это наиболее опасный вид ионизирующих корпускулярных излучений. Это утверждение справедливо и другой стороны: свободные нейтроны, проникая в ядра элементов, расположенных в пространстве, в котором действует нейтронное излучение, превращает их в изотопы, вызывая альфа и бета распады и, как следствие гамма излучение. Это явление называется наведённая активность. Значит, кроме сильной ионизации мы имеем ещё « добавочную» радиацию, продолжительность действия которой определяется периодом полураспада образовавшихся изотопов. Обычно для грубого подсчета спада наведенной радиации пользуются «правилом семёрки»: наведённая радиация уменьшается через 2 часа- в 2 раза, через 3 часа- в 4 раза, через 7 часов- в 10 раз, через 49 часов- в 100 раз. Это правило справедливо только для элементов, расположенных на поверхности Земли и атмосфере. ^
^ . Действие на организм человека такой же, как при облучении другими видами ионизирующего излучения . Однако, при прогнозах и оценках действия нейтронов, всегда необходимо учитывать, что большая проникающая способность нейтронов сочетается с высокой ионизирующей способностью. Действие нейтронов отягоща- ется их способностью вызывать альфа и бета распады в живой ткани, что эквива- лентно проникновению в организм радионуклидов, т.е. поражение нейтронами является наиболее тяжелым лучевым поражением.. Защита.
недельная- 100 Р, квартальная- 200 Р, годовая – 300Р),
Толщину защитного слоя можно использовать такую же, как при защите от гамма-излучения. ^ . Принципы защиты от любых излучений: а) расстоянием; б) временем; в) препятствием Мощность электромагнитного излучения ( радиоволны, свет, гамма-излучение) уменьшается пропорционально квадрату расстояния от источника, а корпускулярного излучения уменьшается в соответствие с проникающей способностью в данной среде. ^ это количество определяется произведением мощности излучения на время, в течение которого происходило облучение, т.е. дозой. ^ терен лишь для этого излучения, но все виды излучения хорошо задерживаются массивными препятствиями большой плотности. Наиболее опасными видами излучений являются ионизирующие излучения, т.к. их действие на организм вызывает нарушение биохимических процессов в клетках и их гибель ( лучевая болезнь). ^ Опасность нейтронов состоит еще в том, что проникая в ядра атомов окружающей среды и вызывая в них альфа и бета распады, нейтроны вызывают наведённую активность, усиливая поражающее действие излучения. Глава 2. Действия населения при авариях на АЭС и РХЗ. Ядерная энергетика медленно, но верно захватывает позиции в производстве электроэнергии, силовых установках судов с большим временем автономного плавания ( подводные лодки, ледоколы и т.д.). Причиной,. несомненно, является то, что заправка реактора топливом производится один раз в несколько лет, количество энергии, получаемой из единице массы топлива на АЭС, намного выше, чем на тепловых станциях , практически отсутствуют вредные выбросы в окружающую среду, можно создавать компактные и очень мощные энергоблоки. Но всё диаметрально изменяется, когда на ядерном реакторе происходит аварии, теракт, диверсия, землетрясение или другие события, приводящие к его разрушению. В этом случае в окружающую среду попадает содержимое реактора, состоящее из невыгоревшего ядерного топлива, продуктов деления уже выгоревшего топлива, изотопы, которые возникли в результате действия нейтронов. Эта смесь имеет радиоактивность более, чем в миллиард раз выше, чем исходное топливо. Попадание сотен тонн такой смеси в окружающую среду, делает непригодным для жизни пространство, простирающееся на несколько десятков километров вокруг аварийного объекта и опасным для жизни пространство в радиусе несколько сотен километров. Последствия такого радиоактивного заражения можно предвидеть, ознакомившись с содержанием вопросов, освещенных в Главе 1. Чтобы правильно оценить степень этой опасности, умело избегать опасности лучевого поражения, грамотно действовать в условиях аварии, необходимо, хотя бы в общих чертах, знать сущность процессов, происходящих в ядерных энергетических установках и наиболее опасные моменты в топливном цикле ядерной энергетики.
Делению могут быть подвержены ядра тяжелых элементов ( начиная с тория), т.к. в таких ядрах много протонов, а, следовательно достаточно велики кулоновские силы отталкивания. При бомбардировке такого ядра нейтроном, внутриядерные связи становятся меньше кулоновских сил отталкивания и ядро делится на два осколка. Эти осколки имеют различную массу и разное зарядовое число, но в сумме они равны заряду и массе разделившегося ядра. Очевидно, продукты деления являются элементами середины таблицы Менделеева, очень сильно перегруженными нейтронами, т.е. изотопами с высокой активностью. В процессе деления, кроме двух осколков, появляются 2-3 быстрых нейтрона, которые делят следующие ядра. Поскольку нейтронов получается с каждым актом деления всё больше, то эта реакция носит лавинообразный характер, Деление ядер сопровождается выделением гигантского количества энергии. Если дать реакции развиваться произвольно, то эта энергия выделится за короткое время и будет иметь взрывной характер, если же на определённом этапе реакции принять меры к изъятию части нейтронов, то реакция будет идти на уровне этого изъятия. Таким образом, мы можем получить источник энергии с заданными параметрами, т.е. сделать реакцию управляемой и отбирать энергию в соответствии с нуждами. В качестве делящегося материала, в настоящее время, используется уран-235 и плутоний-239, которые могут делиться под действием медленных нейтронов. Чтобы замедлить быстрые нейтроны, получающиеся при делении, используют замедлители ( вода, графит ), а чтобы они не разлетались из пространства, где идёт реакция, используют отражатели из бериллия, урана-238 и др. Взрывная реакция деления используется в ядерном оружии. В ней используется плутоний-239. Управляемая реакция используется в энергетических ядерных реакторах (АЭС, АСТ, подводные лодки, ледоколы). В ней обычно используется уран-235 в смеси сдругими изотопами.
Чтобы деление ядер происходило непрерывно, их количество должно быть таким, чтобы каждое поколение нейтронов, образовавшихся при делении, имело шанс быть захваченными еще не разделившимися ядрами. Наименьшее количество делящегося вещества, в котором возможно начало реакции деления называется критической массой. Критическая масса зависит не только от количества делящегося вещества, но и конфигурации (формы) того объёма, которое оно занимает. Наиболее выгодной формой является шар, поскольку по сравнению с другими фигурами он имеет наименьшую поверхность, т.е. потеря нейтронов из области реакции будет наименьшей. при данной массе. Значение имеет также и плотность материала, т.е пористая структура вещества потребует большего его количества для протекания реакции, т.е увеличение занимаемого объёма равносильно увеличению критической массы. Ещё большее влияние имеет чистота вещества. Введение добавок в делящееся вещество или использование его в соединении с другими элементами требует увеличения критической массы. В ядерных зарядах стремятся к уменьшению критической массы, а в ядерных реакторах к её увеличению, т.к. это создаёт технологические удобства для управления ходом реакции.
Если, в процессе деления, количество нейтронов, образующихся при делении ядер уменьшается, то и количество ядер, подвергшихся делению будет уменьшаться и реакция постепенно прекратиться. Такие условия могут возникнуть при увеличении объёма, занимаемого делящимся веществом, например при разрушении реактора или при попадании в активную зону реактора веществ, сильно поглощающих нейтроны, например при «заглушении» реактора на АЭС и т.д., когда в активную зону полностью вводят регулирующие стержни из кадмия или бора. В таких случаях говорят, что коэффициент размножения нейтронов < 1. Если, в процессе деления, количество нейтронов возрастает, что естественно для нормальной реакции деления ( см. 2.8 ), то реакция принимает лавинообразный характер, а если учесть, что реакция идёт с выделением энергии, то она принимает форму взрыва. Это характерно для ядерных зарядов, где используется максимально очищенное и уплотнённое вещество и принимается ряд конструктивны мер для интенсификации процесса деления. В такой реакции коэффициент размножения нейтронов > 1. Если, в процессе деления, количество нейтронов поддерживается на постоянном уровне, необходимом для подержания реакции в стабильном режиме, то реакция будет выделять энергию, соответствующую этому уровню. Это состояние соответствует коэффициенту размножению нейтронов = 1. Такой коэффициент применяется на ядерных реакторах, когда требуется стабильная и многолетняя работа в постоянном режиме. Достигается это введением в активную зону реактора поглотителей нейтронов. Обычно, это стержни из бора или кадмия, т.е. материалов, хорошо поглощающих нейтроны, т.е. «лишние» нейтроны изымаются из реакции и количество делящихся ядер поддерживается на одном уровне, а значити выделяющейся энергии.
Рассмотрим конструкцию и принцип работы ядерного реактора на примере ядерного ре- актора типа ВВЭР-1000, который в настоящее время наиболее распространён на АЭС. Все размеры приведены в приближенном виде. Корпус ядерного реактора представляет герметичный толстостенный стальной цилиндр диаметром около 5 метров и высотой более 10 метров. Весит корпус более 300 тонн. В его центре расположена активная зона, состоящая из нескольких десятков тысяч тепловыделяющих элементов, представляющих тонкие ( диаметром ок.1 см и длиной ок. 2 метров), сделанные из циркониевого сплава трубки, наполненные двуокисью урана, спрессованные в форме таблеток, имеющих размер ок. 8х8 мм. В каждом ТВЭЛе около 1,5 кГ диоксида урана.. Такое большое количество ТВЭЛов необходимо в активной зоне для того, чтобы обеспечить большую поверхность для отдачи тепловой энергии. Для обеспечения прочности всей конструкции активной зоны, ТВЭЛы собраны в пачки или тепловыделяющие сборки (ТВС), по несколько сотен в сборке. В сборках имеются каналы, в которые вводятся регулирующие стержни ( поглотители нейтронов ), число которых более 100. Общий размер активной зоны приблизительно 3х4 м, т.е. объём около 30 куб. м. Масса урана в активной зоне составляет более 60 тонн. Весь объём реактора заполнен водой, которая выполняет функции теплоносителя, которому ТВЭЛы передают тепловую энергию, выделяемую таблетками, находящимися внутри ТВЭЛов. Одновременно, вода выполняет функцию замедлителя нейтронов, т.к. находится в пространстве меду ТВЭЛами. Температура теплоносителя (воды) в реакторе автоматически, с помощью поглощающих стержней, поддерживается ок. 300оС при давлении 16 МПа. Делящегося урана-235 в таблетках находится всего 4,4%. Этого достаточно, чтобы в активной зоне реактора (объёмом ок. 30 куб.м) образовалась критическая масса и происходила реакция деления. Остальные 95,6% составляет U-238. В процессе деления изотопный состав таблеток изменяется, т.к. в них накапливаются продукты деления. Реактору не дают работать более 3 лет потому, что количество продуктов деления может достигнуть такого количества, что проблемы перевозки, переработки и захоронения отходов могут стать трудноразрешимыми ( реактор может без перезарядки более 10 лет !). Дело в том, что изотопы, составляющие продукты деления в 109 раз активнее, чем исходный уран-235. Например: ТВЭЛ, проработавший в реакторе 3 года, создаёт на расстоянии 1 м уровень радиации 10000 Р/час. Это смерть через 1-2 часа. Проработавшее 3 года в реакторе топливо (ТВС), извлекается с помощью дистанционных манипуляторов из реактора, укладывается на стеллажи в толстостенном бетонном хранилище и заливаются водой (5-метровым слоем). Это отработавшее топливо хранится 3 года. За это время его активность снижается более, чем в 100 раз за счет распада короткоживущих изотопов. Только после этого становится возможным вывозить использованное топливо с АЭС. Работающий реактор смертельно опасен на расстоянии до 100-200 м, т.к. проникающая радиация (гамма-излучение и нейтроны) свободно проникают сквозь толщу стенок корпуса реактора и распространяются в пространстве вокруг реактора на расстояния, соответствующие физическими свойствами (см.1.3; 1.6).этих излучений. Эти излучения даже на расстоянии 100 м от реактора имеют мощность ок. 10000 бэр/час. Чтобы обезопасить персонал станции, вокруг реактора создаётся мощная биологическая защита, сводящая это излучение до безопасных уровней. ( слой воды ок. 5 м, слой железобетона ок. 3 м. См. 1.3). 2.11. Функциональная схема АЭС. 1-й этап. Превращение энергии деления ядер урана в тепловую энергию. Этот процесс рассмотрен в 2.10. В реакторе ТВЭЛы преобразуют ядерную энергию в тепловую и отдают её теплоносителю – воде. 2-й этап. Вода, нагретая в реакторе до 300 градусов с помощью мощных насосов ( ок. 60 тонн в час по трубам диаметром ок. 1 метра подаётся в парогенератор. Парогенератор представляет теплообменник, в котором вода из реактора проходит через несколько десятков тысяч трубок, соединённых параллельно и возвращается в реактор. Эти трубки погружены в воду, заполняющую парогенератор. Вода из реактора, проходя по трубкам разогревает их, а трубки, в свою очередь, отдают тепло воде, которая заполняет парогенератор и превращает её в пар. 3-этап. Пар подаётся по трубам к паровой турбине. Благодаря тому, что пар стремится занять гораздо больший объём, чем вода, из которой он образовался, соответственно тепловая энергия сообщенная воде, превращается в кинетическую энергию пара, а она, в свою очередь давит на лопатки турбины, заставляет её вращаться и, таким образом, преобразуется в механическую энергию вращения вала турбины. Отработавший пар охлаждается в конденсаторе, превращается в воду и возвращается в парогенератор. 4-й этап. Вал паровой турбины соединен с валом электрического генератора, в котором, за счет перемещения магнитного поля ротора относительно проводников статора механическая энергия преобразуется в электрическую. Из описанного выше следует, что каждый этап работы АЭС представляет замкнутый цикл и исключает попадание технологической воды и пара в атмосферу. АЭС является наиболее чистой в экологическом отношении источником электрической энергии, если гарантирована безаварийность её работы.
а) ^ В результате этого, возросшее давление может разрушить корпус реактора, либо, в результате расплавлении оболочек ТВЭЛов, таблетки выпадут на дно реактора, критическая масса уменьшится, разогрев скачкообразно возрастёт, корпус реактора будет прожжен. б) ^ в реакторе в результате электролиза теплоносителя под действием ионизирующих излучений и высокой температуры. в) Уменьшение прочности корпуса реактора в результате длительного ( 20-30 лет) действия нейтронов, вследствие чего многочисленные альфа и бета распады приводят к образованию новых элементов в металле корпуса, что приводит к значительному уменьшению его прочности.
1-й этап. Начальная стадия топливного цикла – горнодобывающее производство, т.е. урановый рудник, где добывается урановая руда. Уран достаточно распространенный минерал. В земной коре его столько же, сколько цинка и свинца. Обычно уран встречается в виде соединения U3O8 , которого в руде содержится 0,3-1,0%. На этапе добычи представляет опасность для человека Урановая пыль и дочерние продукты урана, например газ радон опасны с точки зрения внутреннего облучения, т.е. при попадании в лёгки и желудок. Уран альфа-активен, поэтому опасен непосредственный контакт с живой тканью. Для защиты используются средства защиты кожи и дыхания. Население, проживающее в непосредственной близости от рудника должно соблюдать меры, описанные в 1.4. Используется практика сокращенных смен на тяжелых участках добычи. 2-й этап. Переработка руды. В переработку входят процессы, позволяющие избавиться от пустой породы ( дробление, выщелачивание и т.д.). Предприятия по переработке урановой руды обычно располагаются рядом с рудниками. Опасность для персонала и населения аналогична 1-му этапу. 3-й этап. Обогащение урана. Производится на специализированных предприятиях газодиффузионным или центробежным способом. Конечным продуктом является порошок диоксида урана ( UO2 ), из которого уже можно производить топливо для реактора. 4-й этап. Изготовление топлива. Конструкционной основой ядерного топлива в реакторе является тепловыделяющий элемент – ТВЭЛ ( см. 2.10 ). Для заполнения активной зоны реактора ( для достижения критической массы ) требуется ок. 50000 ТВЭЛов. Для удобства эксплуатации ТВЭЛы собираются в тепловыделяющие сборки (ТВС, более 160 шт.). В таком формате уран и работает в реакторе. На 3-м и 4-м этапах цикла опасности аэрозольного воздействия подвергается только персонал предприятий. 5-й этап. Работа топлива в реакторе. Продолжительность «кампании», т.е. времени, которое топливо работает в реакторе составляет 3 года. Работа топлива описана в 2.10. Если реактор правильно эксплуатируется, если в исправном состоянии биологическая защита реактора, то реактор не представляет опасности не для персонала станции, тем более для населения, проживающего в прилегающей местности. Опасность имеет потенциальный характер, т.е. она возникает при разрушении реактора ( см. 2.12 ). Чем продолжительнее время работы топлива в реакторе, тем больше в ТВЭЛах накапливается продуктов деления, которые представляют изотопы с атомной массой от 80 до 150, сильно перегруженных нейтронами, т.е.большой активностью. Кроме продуктов деления происходит накопление актиноидов, появившихся в результате взаимодействия нейтронов и урана. Всего в ТВЭЛах накапливается около 600 различных изотопов. В итоге активность топлива после 3-х лет работы в реакторе возрастает в несколько миллиардов раз (!). Другими словами, если только что изготовленный ТВЭЛ вы можете держать в руках, носить под мышкой и вообще делать с ним что угодно и сколько угодно и это будет не опасно, то , после того как тот же самый ТВЭЛ, проработав 3 года в реакторе, ни чуть не изменившись внешне, станет причиной вашей смерти, если вы будете с ним так же обращаться, как с новым.. Топливо, отработавшее в реакторе, называется облучённым, сокращённо ОЯТ. 6-й этап. Выгрузка топлива из реактора и хранение его на АЭС. Отработавшее в реакторе топливо настолько активно, что после выгрузки из реактора с ним невозможно производить какие-либо действия. Выгружается топливо роботами-манипуляторами. Выгруженные ТВС с отработавшим топливом помещаются на стеллажи в бетонный бассейн под 5-метровый слой воды. Расстояние между ТВС должно быть таким, чтобы не могла быть достигнута критическая масса и не возобновилась реакция. Использован- ное топливо хранится в бассейне на АЭС 3 года. За это время его активность уменьшается более чем в 100 раз за счет распада короткоживущих изотопов, после чего появляется возможность для его вывоза с АЭС. 7-й этап. Перевозка отработавшего топлива на радиохимический завод для переработки. Перевозимое отработавшее топливо ещё очень активно и требует при перевозке особых мер безопасности. Для перевозки применяют специальные вагоны с толстыми металлическими стенами Их вес достигает 100 тонн, в то время как перевозимый груз состоит всего из нескольких ТВС и составляет 2-5% от веса контейнера. 8-й этап. Переработка отработавшего топлива. Извлечь из него оставшийся уран и снова сделать из него новые ТВЭЛы, извлечь наработанные в реакторе трансурановые элементы, такие, как плутоний. Оставшиеся продукты деления подготовить к захоронению. Прежде чем приступить к этим сложнейшим операциям, необходимо ещё снизить активность топлива. Для этого его снова выдерживают в течение 3 лет под слоем воды, теперь уже на радиохимическом заводе. Затем сборки с топливом прессуют с помощью пресса. После этого превращенные в тонкий лист ТВС режут на кусочки размером приблизительно 3х3 см, т.е. измельчают. Затем всю эту массу, состоящую из урана, наработанных актиноидов, продуктов деления, остатков циркониевых оболочек ТВЭЛов и ТВС, растворяют в концентрированной азотной кислоте и вся эта смесь переводится в жидкое состояние. После этого одним из способов производят отделение урана и плутония от остальных элементов, которые теперь приобретают название радиоактивные отходы. Уран и плутоний отправляют на завод для изготовления ТВЭЛов и компонентов ядерного оружия. 9-й этап. Подготовка отходов к транспортировке и захоронению. Отходы, находя- щиеся после 8-го этапа в растворе азотной кислоты отверждаются, затем остекловываются. После этого помещаются в специальные стальные контейнеры и отправляются к местам захоронения. 10-й этап. Захоронение отходов. Производится в сейсмически стабильных районах страны с малой плотностью населения ( Сибирь, о-ва С.Ледовитого океана и т.д.). Для захоронения используются старые шахты, другие капитальные подземные сооружения. Имеются специальные «могильники», представляющие сложные инженерные сооружения. Контейнеры с отходами вних хранятся в специальных ячейках бессрочно. 2.14. Действия населения, проживающего вблизи объектов ядерной энергетики. Население, проживающее в непосредственной близости от АЭС, АСТ, РХЗ и т.д., должны предвидеть возможные опасные ситуации, которые могут в связи с этим возникнуть и быть готовыми к грамотным действиям при их возникновении. Для этого необходимо произвести ряд профилактических мероприятий в масштабе своей квартиры, семьи.
- мобильный телефон ( заряжен и оплачен!); - проводной телефон; - радиоточка; - телевизор; - радиоприемник, в том числе портативный с диапазонами КВ и СВ с источниками питания. 4) Личный транспорт (автомобиль, мотоцикл, снегоход и т.д.) должен быть готов к выезду в любое время. Кроме запаса горючего должны иметься простейшие средства дезактивации и санитарной обработки ( веник, щётки, ветошь, вода и т.д.). Обязательно наличие инструмента и приспособлений для непредвиденного ремонта в дороге. Маршрут движения должен быть хорошо продуман. Неплохо иметь карту и GPS. 5) Документы, деньги, драгоценности должны храниться так, чтобы не тратить лишнего времени на их поиск, упаковку и т.д. 6) Необходимо иметь аптечку, в которой кроме обычных средств, которые берут в поездку, поход и пр., должны быть препараты йода, кальция и другие сред- ства, способствующие выводу радионуклидов из организма и защите от них. 7) Иметь средства защиты кожи, органов дыхания и желудка ( ОЗК, противогаз, респиратор). 8) Иметь комплект одежды по сезону, способствующей выполнению защитных функций. 9) Иметь запас воды и пищи на 3 дня, уложенный в рюкзак. Пища должна быть консервированной в металлических банках, хлебные продукты в сухом виде ( галеты, хлебцы, печение, сухари). Вода в небьющейся таре, готовая к употреблению без кипячения ( Ag, Cl и т.д.) 10) Иметь точные сведения, где вы будете укрываться, если экстренная эвакуация при аварии АЭС будет сорвана или пройдёт с опозданием ( см. 1.3) После аварии на АЭС, в случае разрушения корпуса ядерного реактора (см.2.12), всё содержимое активной зоны реактора, под действием высокого давления и мгновен= ного превращения теплоносителя в пар, будет рассеяно на значительной территории вокруг АЭС.. Пылеобразные, аэрозольные и парообразные компоненты окажутся унесёнными воздушными потоками на расстояние несколько десятков километров. Эта ближняя зона не пригодна для жизни людей около 30 лет. Это время периода полураспада наиболее опасных изотопов, входящих в состав про- дуктов деления, цезия -137 и стронция-90, которых в отработавшем топливе 24% (!). На большем расстоянии от аварийной АЭС количество радиоактивных веществ на поверхности и в атмосфере значительно меньше, поэтому жизнедеятельность населе- ния не прекращается, а проводятся мероприятия, направленные на нейтрализацию влияния повышенной радиоактивности. Местные власти и организации ГОЧС планируют и организуют свою работу с учетом того, что на территории, находящейся в зоне ответственности находится чрезвычайно опасный объект. Федеральные и международные осуществляют постоянный мониторинг зоны АЭС. 2.15. Действие населения в ближней зоне радиоактивного заражения. Единственным приёмом защиты в ближней зоне является экстренная эвакуация. Для её обеспечения властями используется весь муниципальный транспорт, а также частный транспорт, привлекаемый для эвакуационных целей, согласно плана ГОЧС. Если имеется личный транспорт, то человек, при желании, может воспользоваться им. Экстренная эвакуация объявляется через систему оповещения ГОЧС и средства массовой информации. Население. при правильном выполнении требований 2.14. должно быть готово к экстренной эвакуации из опасной зоны. В случае срыва или задержки эвакуации человек должен укрыться в сооружении, обеспечивающем ослабление гамма-излучения не менее 100 раз. На двери квартиры необходимо оставить записку, в которой указать точно расположение вашего укрытия. Это делается для того, чтобы вас могли найти, когда эвакуация будет возобновлена. Это не сложно, т.к. укрытием обычно служат подвалы домов, станции метро и т.д. Эвакуация из ближней зоны неизбежна, т.к. большую часть веществ активной зоны реактора составляют долгоживущие изотопы, поэтому спад (снижение) радиации происходит очень медленно: через 3 года в 100-500 раз. Это позволяет производить различные работы в зоне, но не позволяет жить в обычном понимании этого слова. Даже через 30-50 лет местность требует дезактивации, рекультивации, постоянного радиационного и строгого медицинского контроля. 2.16. Действия населения в дальней зоне радиоактивного заражения. В этой зоне не производится эвакуация, т.к. уровни радиации не высоки. Однако население должно понимать, что радионуклиды подвижны, т.к. входят в состав пыли, которая постоянно перемещается воздушными потоками. Поэтому степень зараженности радиоактивными веществами может изменяться, как в объектовом масштабе, так и местном. Поэтому еще раз стоит подчеркнуть важность наличия прибора, который поможет вам объективно судить о степени опасности. Но есть общие рекомендации для населения, живущего на таких территориях.
с высокой запылённостью, не сидеть на скамейках, не прислоняться к стенам.
шенами, уплотнять рукава резинками, заправлять брюки в обувь, носить двойные колготки, шарфы, перчатки.
2.17. Острая лучевая болезнь. Если человек получит дозу облучения. значительно превышающую допустимую, у него развивается тяжелое заболевание – острая лучевая болезнь (ОЛБ). ОЛБ является следствием утраты своих функций основных систем организма в результате гибели большого количества клеток (см. 1.3). Различают четыре степени ОЛБ:
ОЛБ протекает в 4 этапа, продолжительность и тяжесть которых зависит от величины полученной дозы и индивидуальных особенностей организма больного. 1-й период. Первичная лучевая реакция. Симптомы:
2-й период. Скрытый период. Симптомы: Исчезают все или большинство симптомов. 3-й период. «РАЗГАР». Симптомы:
мозга).
внутренних органов. Геморрагический синдром. О внутренних кровотечениях можно судить по кровянистым выделениям: - желудочное - рвота с кровью - лёгочное - мокрота с кровью; - кишечное - кал с кровью; - почечное - моча с кровью. 8) Общее заражение крови ( сепсис ). СМЕРТЬ. Причиной сепсиса является раз- рушение сосудов и проникновение в них, а значит и в кровь, микрофлоры из органов, в которых они находятся ( кишечник – кишечная палочка, легкие – пневмококки и огромное количество других микроорганизмов)
При 1-й и при 2-й (50%) степени происходит выздоровление, которому предшествует ^ Восстановительный период. Он характеризуется постепенным исчезнове- нием симптомов разгара, улучшением сна и аппетита, увеличением массы тела, улучшением настроения и интереса к жизни. ОЛБ не проходит бесследно. Через некоторое время, иногда через несколько лет проявляются последствия болезни: - онкологические заболевания (лейкозы, рак и др.) - эндокринные заболевания ( бесплодие, заболевания щитовидной железы и пр.) - генетические заболевания ( носят наследственный характер и могут проявляться через несколько поколений.
В доврачебном арсенале не так много средств, которые могут дать ожидаемый эффект. При угрозе облучения необходимо принимать препараты йода, кальция, радиозащитные вещества из индивидуальной аптечки АИ-2. При острой лучевой реакции необходимо принимать противорвотные средства. Если до начала разгара не удалось госпитализировать больного, то ему следует начать принимать антибиотики широкого спектра действия ( пенициллин, стрептомицин, ампициллин и др.). Необходим режим голодания, пить только воду. Принять все возможные меры для скорейшей госпитализации больного. ^ Необходимо смириться с тем фактом, что в ближайшие 50 лет человечество не сможет использовать энергию термоядерного синтеза, а энергия, получаемая за счет сжигания угля и нефти будет убывать по мере того, как будет заканчивать- ся это топливо. Единственным источником получения электроэнергии останется способ, рассмотренный в этой главе, со всеми достоинствами и проблемами, кото- рые возникнут при аварии, теракте или стихийном бедствии. Предприятия ядерного энергетического комплекса разбросаны по всей стране, а дорожная сеть, по которой перевозится руда, ТВЭЛы, ОЯТ, ядерные отходы опу- тывают всю территорию страну густой паутиной. Любая авария, диверсия или другая ЧС может стать причиной смертельной опасности для населения. Чтобы не оказаться застигнутым врасплох, человек должен иметь минимум све- дений о процессах, происходящих при получении электроэнергии на АЭС, чтобы прогнозировать возникновение опасных ситуаций, а при их возникновении суметь их избежать. В случае, если избежать не удастся, человек должен выбрать такой способ действий, который будет наиболее рациональным и безопасным. ^ различные сооружения и местность в качестве радиационных укрытий. Должен уметь пользоваться приборами дозиметрического контроля и делать простейшие расчеты. ^ лации во всём мире террористической деятельности и вооруженных конфликтов. |
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Похожие:
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2016
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям