РАДИОАКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА В РЕАКТОРЕ

При нормальной эксплуатации атомные электростанции экологически даже «чище» угольных. Обычно радиационный фон немного повышен лишь вблизи станции. Все радиоактивные вещества остаются в активной зоне, и лишь при разрушении герметизирующих оболочек они распространяются в окружающую среду.

Как видно на рис. 20, из осколков ядерного деления больше всего образуется изотопов с номерами от 80 до 105 (первый пик) и от 130 до 150 (второй пик). Среди них — большинство с коротким периодом полураспада, но есть и относительно долгоживущие — стронций-90, цезий-137 и др.

При взрыве ядерного устройства распределение осколков деления соответствует приведенному на рисунке. Другое дело — в атомном реакторе. В замкнутом пространстве активной зоны непрерывно образующиеся короткоживущие изотопы одновременно и распадаются. В то же время изотопы с большим периодом полураспада накапливаются. И чем дольше «выгорает» ядерное топливо, тем в большей степени радиоактивная смесь обогащается долгоживущими радиоизотопами. По изотопному составу радиоактивных выпадений можно установить их источник. Именно таким образом об аварии на Чернобыльской АЭС стало известно в Швеции, которую Радиоактивное облако достигло через сутки.

Среди множества радиоактивных осколков в активнойзоне образуются разнообразные изотопы йода, поскольку их массы совпадают со вторым пиком Распределения осколков деления. Йод — очень опасен и весьма активный химический элемент. Если происходит его утечка, он включается во все биосферные процессы. Особую опасность представляет утечка в окружающую среду йода-131 с периодом полураспада 8,05 дня. Б начальный период авария! именно этот радиоизотоп определяет радиобиологическую обстановку на пораженной территории.

Другой изотоп йода распадается с образованием! радиоактивного ксенона:

Йод-135 àсенон-135à цезий-135

Так в реакторе происходит накопление радиоактивных благородных газов, которые при аварии первыми попадают в окружающую среду (ксенон, крип-' тон).

Ксенон-135, как и бор, сильно поглощает нейтроны. Активную зону рассчитывают таким образоМ1 чтобы поглощение ксеноном компенсировалось избытком нейтронов в цепном процессе. Но если реактор остановлен, из-за распада йода-135 ксенон продолжает накапливаться. В конце концов его образуется так много, что снова запустить реактор затруднительно: нужно либо дождаться, пока основная Н поя ксенона-135 распадется (2—3 дня), либо выходить в опасный надкритичный режим с большим избытка нейтронов. Одна из ошибок обслуживающего персонала ЧАЭС — попытка вернуть реактор в рабочий режим сразу после резкого снижения мощности, что и привело к взрыву.

Атомный реактор — это также источник нейтронов. При облучении нейтронами атомных ядер возникают различные ядерные реакции. Деление — лишь одна из них. В других случаях добавочный нейтрон вызывает активацию: образование радионуклида. Так после захвата нейтрона из цезия-133 образуется цезий-134. Облучение нейтронами ядер урана-238 (в ядерном топливе они составляют основную массу) образуется уран-239. Новые ядра ура-на-239 испускают электрон с периодом полураспада 23 минуты, образуя нептуний. Нептуний-239 в свою очередь с периодом полураспада 2 дня превращается в долгоживущий (около 24 тыс. лет) плутоний-239:

23 мин уран-238+нейтронà уран-239à

2 дня 24000 лет

àнептуний-239àплутоний-239à...

На плутонии цепная реакция деления идет еще эффективнее, чем на уране. Это отличное ядерное топливо и основное сырье для производства атомного и термоядерного оружия. Чем дольше «выгорает» в реакторе ядерное топливо, тем больше образуется плутония. Заметим, что в нейтронном потоке образуются и другие сверхтяжелые элементы конца Периодической системы элементов, в частности америций-241, правда в небольшом количестве.

В активной зоне есть множество металлических конструкционных материалов, циркулируют жидкости и непрерывно образуются газы. Под действием

лучения все они в большей или меньшей степени активируются.

Атомная электростанция, как и любая другая, потребляя много воды. Вода, циркулирующая через активную зону, становится радиоактивной. Хотя для реактора

применяются особо устойчивые прочные и малокоординирующие материалы, способные выдержать высокие температуры и давления, агрессивная среда понемногу выводит их из строя. Сильно радиоактивные продукты износа тоже попадают в воду. В первых атомных реакторах (военных) отработанная вода просто сливалась в ближайший водоем. На современных АЭС используется двухконтурная система охлаждения, при которой вода, отбирающая тепло активной зоны, циркулирует по замкнутому кругу (первый контур), нагревая резервуары, где образуется рабочий пар из воды, свободно обменивающийся с окружающей средой (второй контур).

В многочисленных паропроводах через разрывы! и трещины изливаются радиоактивные жидкости. Еще более вероятен выход радиоактивных газов в атмосферу.

Наконец, отметим еще одну особенность АЭС. В обычной электростанции вышедшие из строя конструкции заменяются во время текущего или капитального ремонта. На АЭС любая поломка превращается в проблему, так как каждый извлеченный из активной зоны элемент сильно радиоактивен. Возле каждой такой станции обычно сооружается хранилище радиоактивных отходов — «могильник», куда, помещают отработанные топливные элементы и другие активные материалы.

Но самая большая проблема АЭС — «старение! материалов, из которых конструируют активную зону. Материалы со временем разрушаются и черев: 30—50 лет работы реактор необходимо «хоронить»^ Пока «захоронение* было произведено лишь в одном случае — на Чернобыльской АЭС. Но уже сегодня Щ критическому «возрастному» рубежу вплотную noдошли еще 9 действующих энергетических реакторов. В 2000 г. реакторов со сроком службы больше] 30 лет станет 44, в 2005 — 126 (рис. 21). Выведение из строя отработавших атомных энергетических объектов — операция не только дорогостоящая, но и опасная. В настоящее время этой проблемой занимаются ученые многих стран.

ЛИТЕРАТУРА: