Цикл статей «Радиация: идёт беда откуда не ждали»
Предыдущая статья: «Грязная бомба»: что за зверь? Чем «грязная бомба» отличается от ядерной»
https://dzen.ru/a/aUPPpfSpOUYBi2J6
Теперь вы знаете, что в основе действия ядерной бомбы лежит реакция деления урана-235 или плутония-239. И что в «грязной бомбе» используется радиоактивный распад нестабильных изотопов. Как раз им и посвящена эта публикация. Мы поговорим о сердце «грязной бомбы» — её начинке. И попробуем понять, почему для этой цели годятся радиоактивный цезий или стронций – но не уран или йод.
Чтобы заразить местность радиацией, потребуются радиоактивные изотопы. Или, как сейчас их называют — радионуклиды. Какие именно? И откуда они берутся?
Чаще всего это те самые «осколки», на которые разлетаются ядра урана-235 или плутония-239 при их делении в ядерном реакторе. Когда нейтроны лупят по этим самым ядрам, те раскалываются на две или три части. При этом образуются новые элементы, причём не из конца таблицы Менделеева (как сам уран или плутоний), а из её середины . Если ядро урана или плутония разделилось на две части – осколки получаются более тяжёлые. К примеру, изотопы цезия-137 или йода-131. Если же ядро делится на три части, образуются изотопы полегче, например, стронций-90.
Подавляющая часть продуктов деления ядер урана и плутония — изотопы радиоактивные. Многие из них распадаются быстро, за доли секунды, за минуты или часы. Другие продолжают излучать годы и даже тысячелетия. Материалы, содержащие долгоживущие радионуклиды, как раз и могут служить начинкой для «грязной бомбы».
В ходе реакции деления — неважно, идёт речь о ядерном взрыве или реакторе – образуется около 400 различных радиоактивных изотопов. Большинства из них в природе не существует. Но почему-то чаще всего упоминаются стронций-90 и цезий-137. Почему же? Знать это важно для понимания опасности «грязной бомбы».
Тут будет уместна обширная автоцитата из «Занимательной радиации».
«Как возникла эта мрачная популярность радиоактивного стронция? Ведь в работающем ядерном реакторе образуется 374 искусственных радионуклида, из них только стронция — 10 разных изотопов. Нет, подавай нам стронций, да не абы какой – а именно стронций-90.
Популярность стронция-90 связана с его периодом полураспада. А кстати, что это такое –период полураспада? Дело в том, что радионуклиды тем и отличаются от стабильных изотопов, что их ядра неустойчивы, нестабильны. Рано или поздно они распадаются — это и называется радиоактивным распадом. При этом радионуклиды, превращаясь в другие изотопы, испускают ионизирующие излучения.
Так вот, различные радионуклиды нестабильны в разной степени. Долгоживущие радионуклиды распадаются медленно, в течение сотен, тысяч, миллионов и даже миллиардов лет. Например, все три природных изотопа урана — долгоживущие. А короткоживущие радионуклиды распадаются быстро, в течение секунд, часов, суток, месяцев. Но радиоактивный распад всегда происходит по одному и тому же закону.
Помните, в разговоре о цепной реакции деления упоминалась критической масса? А вот при радиоактивном распаде масса радионуклида значения не имеет. Сколько бы мы ни взяли радионуклида — тонну или миллиграмм — половина этого количества распадётся за одинаковый промежуток времени. Подчеркнём: одинаковый для конкретного радионуклида. Этот временной отрезок и называют периодом полураспада и обозначают как Т½ .
Повторим: период полураспада уникален и неизменен для каждого радионуклида. Можно делать что угодно с тем же стронцием-90: нагревать, охлаждать, сжимать под давлением, облучать лазером, — всё равно половина стронция распадётся за 29,1 лет, половина оставшегося количества — ещё через 29,1 лет и так далее. Считается, что через 20 периодов полураспада радионуклид исчезает полностью. Шестьсот лет — стронция нет.
Чем быстрее распадается радионуклид, тем он более радиоактивен. Ведь каждый распад сопровождается выбросом одной порции ионизирующего излучения в виде альфа- или бета-частицы, иногда «в сопровождении» гамма-излучения (чистого гамма-распада в природе не бывает).
Но что значит «большая» или «маленькая» радиоактивность, как её можно измерить? Для этой цели используют понятие активность. Активность позволяет оценить интенсивность радиоактивного распада в цифрах. Если в секунду происходит один распад, говорят, что активность радионуклида равна одному беккерелю (1 Бк). А раньше использовали куда более крупную единицу — кюри: 1 Ки = 37 миллиардов Бк. Понятно, что сравнивать следует одинаковые количества радионуклидов, например 1 кг или 1 мг. Активность единицы массы радионуклида называют удельной активностью. Вот она-то, эта самая удельная активность, обратно пропорциональна периоду полураспада данного радионуклида (так, надо передохнуть).
Давайте сравним эти характеристики для самых известных радионуклидов.
Так почему же всё-таки стронций-90? И часто – в паре с цезием 137. Вроде бы ничего особенного в этих изотопах — так, серединка на половинку. Так в этом же и дело!
Сначала попробуем ответить на один вопрос. Должен предупредить – вопрос провокационный. Какие радионуклиды опаснее — короткоживущие или долгоживущие?
С одной стороны, опаснее короткоживущие — ведь они более активны. Но нет худа без добра: после быстрого распада «коротышей» проблема радиоактивности исчезает.
Кто постарше, помнит: после чернобыльской аварии больше всего шума было вокруг радиоактивного йода. Зато сегодня с этим радионуклидом проблем нет. Уже через полгода после аварии весь выброшенный из реактора йод-131 распался, даже следа не осталось.
Теперь о долгоживущих изотопах. Радионуклиды с периодом полураспада в миллионы и миллиарды лет малоактивны. Поэтому в Чернобыле не было, нет и не будет проблем с радиоактивным загрязнением территорий ураном. Хотя по массе из реактора выбросило больше всего именно урана. Но кто же измеряет радиацию в тоннах? По активности, по беккерелям уран серьёзной опасности не представляет.
И вот теперь вернёмся к вопросу о стронции-90. Период полураспада около 29 лет — очень «противный»: он соизмерим с продолжительностью жизни человека. Стронций-90 достаточно долгоживущий, чтобы загрязнить территорию на десятки и сотни лет. Но не настолько долгоживущий, чтобы удельная активность была невысокой. По значению периода полураспада к стронцию-90 близок цезий-137 (30 лет). Вот почему при радиационных авариях эта «сладкая парочка» создаёт бо́льшую часть «долгоиграющих» проблем. Кстати, в негативных последствиях чернобыльской аварии гамма-активный цезий виновен сильнее «чистого» бета-излучателя стронция.
А вот через шестьсот лет в зоне чернобыльской аварии не останется ни цезия, ни стронция. И тогда на главную сцену выйдет плутоний.
Но период полураспада напрямую с угрозой радиации для здоровья не связан. Эти характеристики говорят лишь о нраве самого радионуклида.
Возьмём, к примеру, одинаковые количества урана-238 и стронция-90. Одинаковые по активности, а конкретно — по миллиарду беккерелей каждого. Такая активность соответствует 80 килограммам урана-238 и всего 0,2 миллиграммам стронция-90. Но одинакова ли опасность таких количеств радионуклидов? Да она отличается как небо от земли!
Рядом со слитком урана массой 80 кг можно спокойно стоять. Можно и посидеть на нём без вреда для здоровья. Ведь почти все альфа-частицы, образующиеся в процессе распада урана, останутся внутри слитка. Подчеркнём: сейчас мы говорим лишь о внешнем облучении. Другое дело – поступление радионуклидов внутрь организма. В этом случае радиоактивная и химически токсичная урановая пыль способна вызвать многочисленные болезни.
А теперь возьмём ту самую крупинку стронция-90 массой одну пятую часть грамма. Если человек окажется вблизи неё без средств защиты, то за короткое время получит как минимум радиационные ожоги глаз и кожи.
Удельная активность напоминает скорострельность оружия. Вы не забыли, что вопрос о сравнительной опасности долго- и короткоживущих радионуклидов – провокационный? Это как спросить: «Какое оружие опасней — которое делает сто выстрелов в минуту или один выстрел в час?». Ведь не менее важно и другое: а какой калибр, а долетит ли пуля до цели, поразит ли её, и какие при этом будут последствия?»
Но откуда конкретно нехорошие люди могут добыть радиоактивную начинку для «грязной бомбы»? Тут несколько вариантов.
Это могут быть отработавшие в ядерном реакторе тепловыделяющие сборки. Вспомним продукты деления, что при атомном взрыве выпадают с радиоактивными осадками. Так вот, в случае АЭС подобные радиоактивные изотопы копятся внутри облучённых тепловыделяющих элементов – твэлов.
И эти радиоактивные отходы можно извлечь и использовать как начинку «грязной бомбы». В простейшем случае – взять накопившуюся гадость как есть, без выделения отдельных изотопов.
Другой вариант — сделать упор на конкретные радионуклиды. Например, выделяемый из облучённого топлива цезий-137 в медицине используют для лечения онкозаболеваний. С этой же целью применяют искусственно получаемый изотоп кобальт-60. Оба радионуклида, являясь источниками гамма-излучения, могут служить опаснейшей начинкой «грязной бомбы».
Важно понять главное: умыкнуть радиоактивный материал для «грязной бомбы» вполне реально. С атомной станции, из хранилища радиоактивных отходов, из медицинского учреждения — сделать это намного проще, чем похитить оружейный уран или плутоний. И террористы прекрасно это знают.
- Об угрозе применения «грязной бомбы» в последнее время слышно из каждого утюга. Но возникает вопрос: это реальная опасность или журналистская «утка»?
- Стоит нам всерьёз опасаться масштабного применения радиологического оружия?
- Насколько велик риск такого события?
- Раньше мы оценили риск ядерной войны как средний. А как насчёт «грязной бомбы»?
Теперь, с некоторым багажом знаний за плечами, разобраться в этом будет легче. Скажу заранее: на правильный ответ меня навела одна из четырёх радиационных аварий пятого уровня. Которую пока не называю.
***
Следующая статья: «Без розовых очков» серии «Радиация: идёт беда откуда не ждали».
📩 Подписывайтесь на группу, оставляйте ваши вопросы и мысли в комментариях ниже