О последствиях ядерных катастроф разных типов
Как заявили французские ученые, применение адронного коллайдера позволит получать черные, зеленые, красные и даже желтые дыры.
Я давно обещала подобный пост, попробую выполнить обещанное.
Для начала поясню, почему это сложно.
При распаде урана (или плутония) образуется два примерно равных по массе осколка. Однако это "примерно равных" успешно перекрывает половину таблицы Менделеева и с учетом возможных изотопов составляет более 300 вариантов.
Перечислить все я не могу хотя бы потому, что не знаю :) Есть огромные таблицы - я под катом приведу одну такую, где перечисляются возможные продукты распада и говорится, что вот эти-то продукты - самые известные. А остальных тоже тьма тьмущая. К тому же радиоактивные изотопы порождают семейства дочерних, те тоже не остаются без дела... В общем, возможно, кто-то учитывает и все, но я не радиохимик.
Радиологическую обстановку обычно измеряют "в общем" и по избранным элементам.
Избираются элементы из простых соображений.
Вот, скажем, трансурановые могут появиться ТОЛЬКО если идет ядерная реакция и есть свободный выход ее продуктов в атмосферу-воду-на почву, одним словом в окружающую среду.
Соответственно, поиск трансурановых - вещь очень важная.
Теллур и Лантан, например, в конструкциях реактора не присутствуют (точнее, La иногда бывает, но не в этом случае, как на Фукусиме). Значит, если они появились в больших количествах - это продукты ядерной реакции, тем более, что там они точно есть. Это "маркеры" того факта, что к реактору (или топливу) открыт доступ извне.
Другие элементы - пресловутый йод, например, выбираются из соображений, что они самые опасные именно для человека. Калий-40 опасен тем, что быстро встраивается в организм.
Цезий обладает обычно самой высокой концентрацией из всех, что остаются на десятки лет (период полураспада 30 лет).
Со-60 и Sr-90 обладают чрезвычайно высокой активностью, они опасны и в малых долях.
Некоторые элементы просто обладают хорошей "чистой" линией энергии испускаемых частиц (бета или гамма обычно). Это позволяет легко их идентифицировать, а дальше пересчитать (из соображений, что авария уже известна), сколько чего еще вылетело.
Наконец, есть ряд элементов, которые позволяют оценить, что именно взорвалось, сколько его было, какие изотопы использовались и т.п. Т.е. обладающие ценными "военными" приложениями.
Вот такие вот самые разные соображения используются, когда начинается поиск радиоактивных элементов.
При расщеплении урана образуется смесь радиоактивных короткоживущих (стронций - 89, цирконий - 95, молибден - 99, йод - 131, рубидий - 86, барий - 140, цезий - 131 и другие с периодом полураспада от 3 до 65 суток) и долгоживущих изотопов (криптон - 85, стронций - 90, рутений - 106, цезий - 137, прометий - 147) с периодом полураспада от 1 (рутений - 106 и цезий - 134) до 29 лет (стронций - 90). Период полураспада плутония - 239 составляет 24000 лет.
Основная часть радиации пропадает в течение нескольких месяцев или лет (короткоживущие изотопы). В целях безопасности отходов мы должны их хранить 240000 лет (10 периодов полураспада плутония). Кратковременная изоляция отходов осуществляется в глубоких заполненных водой резервуарах (вода защищает и от радиации, и поглощает тепло). Труднее с долговременной изоляцией, которая и представляет наибольшую опасность из-за порчи контейнеров под воздействием воды, землетрясений и т.д.
Вот, например, короткий список изотопов после остановки реактора:
Тепловыделение 33 000 МВт/t; дано в ppm - миллионных долях.
Tritium 0.072
Krypton 370
Xenon 5420
Rubidium 331
Cesium 2720
Strontium 887
Barium 1397
Yttrium 466
Lathanum 1260
Cerium 2706
Praseodym 1193
Neodym 3870
Promethium 101
Samarium 809
Europium 185
Gadolinium 110
Zirconium 3647
Molybdenum 3434
Technetium 837
Ruthenium 2270
Rhodium 379
Palladium 1310
Tellurium 565
Iodine 269
Total 34 536.07
Более длинная таблица.
В связи с Фукусимой хочется вот что добавить:
Долгоживущие радионуклиды (продукты деления топлива) в этом случае следует назвать поименно.Перечислим их в порядке возрастания периода полураспада : теллур-132 (Т = 3,26 сут.), йод-131 (Т = 8,04 сут.), барий-140 (Т = 12,74 сут.), церий-141 (Т = 32,50 сут.), ниобий-95 (Т = 35,15 сут.), рутений-103 (Т = 39,28 сут.), стронций-89 (Т = 50,50 сут.), иттрий-91 (Т = 58,51 сут.), цирконий-95 (Т = 63,98 сут.), церий-144 (Т = 284,30 сут.), рутений-106 (Т = 368,20 сут.), сурьма-125 (Т = 2,77 года), стронций-90 (Т = 29,12 года), цезий 137 (Т = 30 лет).
При прохождении воды через активную зону реактора переносимые ею вещества подвергаются нейтронному облучению, в результате чего большинство переносимых веществ становятся радиоактивными.
Продуктами активации являются такие радионуклиды: азот-16 (Т = 7,11 с), аргон-41 (Т = 1,83 ч), натрий-24 (Т = 15,00 ч), калий-42 (Т = 12,36 ч), хром-51 (Т = 27,73 сут.), марганец-54 (Т = 312,00 сут.), марганец-56 (Т = 2,58 ч), железо-59 (Т = 45,10 ч), кобальт-58 (Т = 70,78 сут.), кобальт-60 (Т = 5,272 года). К продуктам активации отнесен и цезий-134 (Т = 2,062 года).
К перечисленным выше радиоактивным веществам, которые накапливаются в теплоносителе, следует отнести и продукты деления ядерного топлива, которые проникают в теплоноситель, когда нарушается герметичность твэлов.
В технологических каналах реакторов АЭС также образуются очень биологически активные сверхтяжелый изотоп водорода - тритий
(Т=12,26 года) и изотоп углерода - углерод-14, (Т=5730 лет). Оба они являются бета-излучателями.
http://www.zn.ua/articles/33386?section=newspaper#article
Все, что я там говорила про выгорание топлива и соотношение активностей разных нуклидов - уже более узкая тема, возможно о ней и не стоит (не потому, что это тайна, а потому что там формулы надо писать, а как это в жж делать - не очень понятно, да и надо ли?)
Но суть в том, что топливо постепенно выгорает. Рождаются новые изотопы. Причем по мере выгорания (т.е. когда U-235 все меньше и меньше), каких-то изотопов больше, каких-то меньше. По их отношению можно много чего понять, начиная с того, как давно работает эта топливная сборка в реакторе, и заканчивая местом, где ее сделали.
Но там уже черт ногу сломит. :) Радиохимия - одна из самых сложных наук, на полном серьезе.
Если есть вопросы - задавайте.
Кстати: http://www.typhoon.obninsk.ru/rus/ipm/lab3/ro/ezhegodniki_ro/ezhegodnik_ro_2009.pdf
Это ежегодник радиационной обстановки в России. Просьба отнестись с пониманием к двум предупреждениям:
1. его распечатка запрещена
2. при использовании данных ссылка обязательна.