Что мигаешь...

Над моею головой?

Ты пожара не дождёшься,

Датчик дыма, я не твой...

Что за бред? Ах, да... Это всё пожарные дымоизвещатели, висящие над моей головой, так действуют на меня:) Их втыкают везде, где только можно. Сейчас ни одна новостройка не сдается в эксплуатацию без подобных девайсов, висящих в подъездах по несколько штук на каждом этаже.

Собственно, сам девайс этот очень полезный, мало ли, что может произойти у соседей. Сгореть вместе с ними, если у них, не дай Бог, случится пожар, как-то не хочется особо. Висит он себе годами под потолком, потихоньку помигивает своим красным глазом, а если вдруг пожар - так он заставит пожарные оповещатели заорать так, что люди из окон повыпрыгивают, спасаясь от громкой сирены, ну и от пожара за одно спасутся:D

Мало кто задумывается, как действует данное устройство. Ну реагируют себе на тепло и дым, да и слава Богу. Люди, более менее знакомые с техникой, знают, что извещатели бывают с оптическими датчиками, с термопарами и т.д. и т.п. А бывают и немного экзотические - радиоизотопные. Но, не смотря на свою экзотичность, они довольно широко распространены, встретить их можно абсолютно где угодно, и вы об этом даже не догадаетесь, потому что внешне они ничем не отличаются от своих нерадиоизотопных собратьев. Вот, например, две фотографии: слева - оптический дымоизвещатель, справа - радиоизотопный.

Узнать, какого типа датчик, можно лишь взяв его в руки и прочитав информацию на шильдике. А бывает, что и на шильдике ничего не пишут про ионизационную камеру, находящуюся внутри. А бывает, что они вообще без шильдиков...

Но бывают и исключения. Существуют такие датчики дыма, одним только своим видом которые как бы намекают "Не приближайся ко мне, убью!". Как говорится, угадайте страну-производителя по фотографии XD

Встретить их можно в самых неожиданных местах, преимущественно в постройках советской эпохи.

Ну, или у себя под ногами, где-нибудь на улице...

Кстати, если увидите сиё чудо в подобном раздавленном состоянии, то не советую задерживаться в этом месте. Проходите мимо как можно скорее и как можно дальше от него. А если вы совсем уж добропорядочный и законопослушный гражданин, то и сообщите в соответствующие органы об опасной находке (МЧС, "Радон" и т.п.).

Ну да ладно, не будем подробно рассказывать об этом чуде суровой советской промышленности. Эти дымоизвещатели настолько интересны и уникальны, что мне хотелось бы написать про них отдельную статью, если кто-то из них когда-то попадется в мои руки. Будет интересно, обещаю ^_^ Но то, что хоть один из них попадется мне в руки - этого обещать не могу:D Поэтому перейдем к обзору более скромных, современных, широко распространенных импортных аналогов.

И так, встречайте: ионизационный дымовой извещатель Appollo Xp95A!!!

Как видите, обычный себе датчик дыма, такие висят абсолютно везде, куда не взгляни. Разобрав его, можно увидеть следующую картину:

Блестящий металлический контейнер, внешне напоминающий еще один дымоизвещатель, только миниатюрный, есть ионизационная камера. Да и не трудно самому догадаться, что это ионизационная камера, ибо на ней трилистник нарисован. Уж с этим значком все без исключения знакомы. Так же на ней отображена информация о параметрах радиоизотопного источника, размещенного внутри ионизационной камеры: тип радиоизотопа, удельная активность.

Для тех, кому интересны технические подробности того, по какому принципу действуют подобные радиоизотопные дымоизвещатели, прошу открыть данный спойлер. Для тех, кого это не очень интересует, читаем дальше.

Краткая справка. Радиоизотопный извещатель — это дымовой пожарный извещатель, который срабатывает вследствие воздействия продуктов горения на ионизационный ток внутренней ионизационной камеры извещателя. Принцип действия радиоизотопного извещателя основан на ионизации воздуха камеры при облучении его радиоактивным веществом. При введении в такую камеру противоположно заряженных электродов возникает ионизационный ток. Заряженные частички «прилипают» к более тяжёлым частичкам дыма, снижая свою подвижность — ионизационный ток уменьшается. Его уменьшение до определённого значения извещатель воспринимает как сигнал «тревога». Подобный извещатель эффективен в дымах любой природы.

Ладно, дабы совесть меня дальше не мучила, сознаюсь, что предыдущие две фотографии датчика дыма не мои, они со стороннего ресурса. Почему? Потому, что самого датчика дыма, как такового, у меня нет. Я бы мог приобрести его для обзора, но я не стал этого делать. У меня политика какая... Если есть девайс, полностью рабочий, то разбирать его и ломать ради того, чтобы поглядеть, что внутри - это кощунство:) Поэтому я поступил проще: я раздобыл непосредственно несколько ионизационных камер, одну из которых я раскурочил для данной статьи, а остальные использую по назначению - сделаю из них датчики дыма, которые установлю в гараже. Да и раскуроченный датчик пошёл в дело. Как я его использовал - расскажу в следующей статье. Думаю, она будет интересной для хэндмэйдеров (самодельщиков по-нашенски) :)

Вот ионизационная камера, которая падёт жертвой от моих рук. Замерим условную МЭД гамма+бета на его поверхности, а так же с обратной стороны.

Как видите, не такие уж и впечатляющие показания радиометра. Всего лишь 70 и 36 мкР/ч. Максимально-допустимый фон, напомню, который установлен уполномоченными органами, равен 30 мкР/ч. Производители заботятся о людях:) Отдельно обмерять его со всех сторон по гамме, плотность частиц по бетте, не буду, ибо получится слишком много фотографий и информации. Да и мерить плотность потока бета-частиц будет неправильно, ибо сам препарат очень мал по сравнению с размерами датчика радиометра. Показания будут слишком неточные. Теперь извлечем непосредственно препарат Америция из ионизационной камеры. Подробно описывать технологию извлечения не буду, скажу лишь, что не вызывает затруднений отогнуть с помощью кусачек пару пластиковых усиков, удерживающих источник внутри камеры.

Вот он сам: слева его рабочая сторона, справа - тыльная.

Обмерим его вплотную с обеих сторон. Условная МЭД гамма+бета, слева - рабочая сторона, справа - тыльная.

Показания значительно увеличились по сравнению с теми, которые он давал, будучи вмонтированным в ионизационную камеру. 226 мкР/ч дает рабочая сторона, и каких-то 44 мкР/ч - тыльная. Опять же они не впечатляющие.

Кстати, америций 241 является альфа-излучателем. Поэтому, было бы весьма уместно обмерить его альфа-чувствительным радиометром, дабы полностью раскрыть свойства данного препарата. Однако, из-за неимения такового радиометра, приходится работать тем, что имеем, и замерять дочерние продукты распада, излучающие бета частицы и гамма кванты. Но я надеюсь, что когда-нибудь я обзаведусь таким радиометром, и поработаю с ионизационной камерой более детально. И по поводу альфа-излучения, которое создает основную ионизацию в камере дымоизвещателя, могу лишь добавить, что в стороннем источнике озвучивается следующая информация: плотность потока альфа-частиц с поверхности препарата равна 650 частицам на сантиметр квадратный в минуту. Цифра значительная, однако, учитывая практически нулевую проникающую способность альфа-излучения, внешнее облучение организма по альфе сводится на нет.

На этом я закончу практическую часть своей статьи. Теперь перейдём к теории. Тем, кому интересно, какие физические процессы претерпевает препарат Америция 241, обуславливающие его радиоактивность, прошу раскрыть спойлер. Ну а те, кого физика особо не волнует, этот спойлер пропускают и читают дальше.

Америций-241 — изотоп стабильного америция-243. Простое вещество представляет собой металл серебристо-белого цвета. Интересной особенностью этого изотопа является свечение в темноте за счёт собственного альфа-излучения. Америций высокотоксичен. Его токсичность обусловлена в большей степени радиационными свойствами, чем химическими. Растворим в воде. Америций-241 получается тремя основными путями:

1. При бета-распаде изотопа Плутония-241

2. При захвате электрона атомом Кюрия-241

3. При альфа-распаде Берклия-245

Сам Америций-241 также нестабилен с периодом полураспада 432,6 года. При распаде америций-241 испускает альфа частицы, образуя дочерний продукт - Нептуний-237, который, в свою очередь, претерпевает бета- и гамма-распад. Благодаря распаду Нептуния, мы можем обнаружить излучение от Америция с помощью радиометров, чувствительных только к бета- и гамма-излучению.

По традиции, в заключительной части статьи - об опасности всего вышесказанного.

И так, имеется дымоизвещатель в сборе, готовый к работе. Если он висит на потолке или стене, то можете вообще забыть о том, что в нем имеется радиоактивный препарат Америция 241, ибо из-за своей слабой радиоактивности он не представляет абсолютно никакой опасности в данном состоянии (данное утверждение не относится к советским дымоизвещателям, о которых, я надеюсь, я смогу когда-нибудь рассказать:D). Если в вашем распоряжении оказалась ионизационная камера отдельно от дымоизвещателя, то, без учета стохастического эффекта* , она так же не представляет какой-либо опасности из-за слабой радиоактивности, которая практически полностью экранируется корпусом ионизационной камеры. Главное, не таскать эту камеру всю свою жизнь привязанной к своему телу)))

Совсем другое дело, если вам в руки каким-либо образом попадет сам препарат Америция от ионизационной камеры, либо вы сами захотите вдруг разобрать её. Америций легко растворяется в воде. Поэтому, полежав на сухих поверхностях, он не оставит следа, но, попадая во влажную среду или в руки без защитных перчаток, он может изрядно изгадить все вокруг, и наверняка его микроскопические частицы попадут внутрь вашего организма, если вы будете вертеть его в голых руках. Мытьё рук совершенно не гарантирует того, что на них не останется следов Америция 241. Поэтому, при работе непосредственно с этим металлом, необходимо соблюдать меры предосторожности - как минимум быть в перчатках, как максимум - вообще не иметь никакого дела с Америцием 241:)

На этом я закончу своё очередное повествование, напоминая, что радиация встречается повсеместно, и необходимо быть бдительным. В следующей статье я расскажу о том, как без помощи дорогостоящего оборудования, с помощью подручных средств, можно визуально наблюдать распад Америция 241, да и вообще любого альфа- и бета-излучающего радиоизотопа.

*стохастический эффект - явление, отражающие индивидуальную восприимчивость каждого живого организма к той или иной дозе радиации. Иными словами, для того, чтобы проявились последствия облучения организма, кому-то нужно больше, а кому-то поменьше...

МкР/ч. Чем больше посещений страницы, тем более радиоактивны дымоизвещатели:)

Америций, Americium, Am, атомный номер 95, атомный вес 243. Назван от слова «Америка» (по месту открытия). Г. Сиборг дал название с учетом положения элемента 95 в «ряду актинидов» периодической системы Менделеева. Элемент 95 закономерно был помещен под схожим с ним элементом 63 в «ряду лантанидов». Элемент с номером 63 - европий - получил свое название в честь Европы, по аналогии с ним элементу с номером 95 было присвоено в честь Америки название америций. Радиоактивен, наиболее устойчив изотоп 243 Am (Т=7370 лет).

Америций - четвертый синтезированный трансурановый элемент (кюрий, элемент №96, был открыт несколькими месяцами ранее). Он был идентифицирован Г. Т. Сиборгом, А. Гиорсо, Р. Джеймсом и Л. Морганом в 1944 году в результате облучения изотопов плутония нейтронами в реакторе как 241 Am.

Америций был так же получен Сиборгом путем бомбардировки 234 Pu α-частицами.

Америций / Americium (Am)

Атомный номер 95

Внешний вид серебристо-белый радиоактивный металл

Атомная масса (молярная масса) 243,0614 а.е.м. (г/моль)

Радиус атома 173 пм

Плотность 13,67 г/см³

Температура плавления 1267 K

Теплота плавления (10,0) кДж/моль

Температура кипения 2 880 K

Теплота испарения 238,5 кДж/моль

Молярный объём 20,8 см³/моль

Америций - металл серебристо-белого цвета, тягучий и ковкий. Больше всего он похож на металлы редкоземельного семейства. Америций медленно тускнеет в сухом воздухе при комнатной температуре. Имеет две аллотропные формы. В низкотемпературной форме обладает двойной плотно упакованной гексагональной структурой, плотность 13.67, которая при 1173°С преобразуется в гранецентрированную кубическую.

Относительная экологическая опасность 1,0-1,2. Содержание в земной коре 0,0003%.

В 1972 году синтезированы первые соединения двухвалентного америция. Промышленное получение изотопов америция основано на облучении нейтронами 238 U, 237 Np и 235 Pu. Для получения некоторых изотопов америция могут быть использованы отдельные изотопы самого элемента. Так, 248 Аm и 243 Аm могут быть получены облучением гамма-нейтронным излучением 241 Аm и 244 Аm. Изотопы америция с массовыми числами 241, 245 и 246 являются дочерними продуктами изотопов плутония с такими же массовыми числами. Некоторые изотопы америция образуются при испытаниях ядерного оружия. Потребность в 241 Аm составляет около 10 кг в год.

Очень важно, что каждый из америциевых ионов дает ярко выраженный и характерный только для него спектр поглощения. Это позволяет эффективно использовать спектрофотометрический метод для исследования окислительно-восстановительных процессов, происходящих с ионами америция в растворах. А это важно не только для химии трансурановых элементов, но и для понимания механизма окислительно-восстановительных реакций вообще. В этом следует видеть одно из важных практических применений искусственного элемента америция. 241 Аm используют в различных приборах (дефектоскопах, плотномерах, толщиномерах и т. д.) в качестве источника мягких γ-квантов; при изготовлении источников энергии с низкой тепловой мощностью, а также источников α-излучения, применяемых для снятия статических зарядов; для возбуждения рентгенофлуоресценции в анализе. Важным является использование 241 Аm для получения изотопа кюрия-242.

Самый долгоживущий изотоп америция - 243 Am, он живет 7400 лет и используется пока для радиохимических исследований и накопления более отдаленных трансуранов, вплоть до фермия. Значительно многообразие применение изотопа - 241 Am (период полураспада 433 года). Этот изотоп, распадаясь, испускает α-частицы и мягкие (60 кэВ) γ-лучи (энергия жестких γ квантов, испускаемых 60 Со - несколько МэВ). Защита от мягкого излучения 241 Am сравнительно проста и немассивна: вполне достаточно сантиметрового слоя свинца. В этом одна из причин появления многочисленных приборов с 241 Am. В частности, предложена конструкция просвечивающего аппарата размером чуть больше спичечного коробка для медицинских целей. Америциевый источник γ-излучения - шарик диаметром 3-4 сантиметра - основа такого аппарата, которому, кстати, в отличие от рентгеновской установка не нужна громоздкая высоковольтная аппаратура - трансформаторы, выпрямители, усилители и т. д. Источник мягкого γ-излучения с 241 Am используется для изучения болезней щитовидной железы. Стабильный йод, присутствующий в щитовидной железе, под действием гамма-лучей начинает испускать слабое рентгеновское излучение. Его интенсивность пропорциональна концентрации йода в исследуемой точке.

Такая установка позволяет получить сведена о распределении йода в железе, не вводя радиоактивный изотоп внутрь организма. Суммарная доза облучения пациента намного ниже, чем при радиойодном способе обследования.

В промышленности используются различные контрольно-измерительные и исследовательские

Приборы с 241 Am. В частности, такими приборами пользуются для непрерывного измерения толщины стальной (от 0.5 до 3 мм) и алюминиевой (до 50 мм) ленты, а также листового стекла. Аппаратуру с 241 Am используют для снятия электростатических зарядов в промышленности с пластмасс, синтетических пленок и бумаги. Он находится внутри детекторов дыма (~0.26 микрограмма на детектор).

Смесь 241 Am и 9 Be – источник нейтронов в дефектоскопии. 241 Am сейчас получают в промышленном количестве при распаде 241 Pu:

241 Pu → (13.2 года, β-распад) → 241 Am.

Так как 241 Pu обычно присутствует в только что выработанном оружейном плутонии, 241 Am

Накапливается в веществе с распадом 241 Pu. В связи с этим, он играет важную роль в старении оружия. Свежеизготовленный оружейный плутоний содержит 0.5-1.0% 241 Pu, реакторный плутоний имеет от 5-15% до 25% 241 Pu. Через несколько десятилетий почти весь 241 Pu распадется в 241 Am. Энергетика α-распада 241 Am и относительно короткое время жизни создают высокую удельную радиоактивность и тепловой выход. Большая часть α- и γ-активности старого оружейного плутония обусловливается 241 Am.

Полагают, что найдет применение и более короткоживущйй (152 года) изотоп - 242 Аm, которому свойственно очень высокое сечение захвата тепловых нейтронов - около 6000 барн.

Источниками поступления америция в окружающую среду являются испытания ядерного оружия, атомные электростанции и аварии при производстве и применении радионуклида. Содержание глобального америция в окружающей среде постоянно увеличивается в связи с распадом 241 Рu.

При работе с радиоактивными изотопами америция необходимо соблюдать санитарные правила и нормы радиационной безопасности с применением специальных мер защиты в соответствии с классом работ.

При аварийном поступлении изотопов америция промывание носоглотки и полости рта водой; лечебные ингаляции 5—10 % раствором пентацина. Промывание желудка, слабительные, очистительные клизмы. Дезактивация кожи хозяйственным мылом, 5 % раствором пентацина, препаратом «Защита-7» и пастой-116.

В первые дни после Чернобыльской аварии самая большая опасность для населения исходила от быстро распадающегося изотопа йода-131.

В первые десятилетия после Чернобыля самой большой угрозой был цезий-137. Этого изотопа выпало больше всего, но период его полураспада - 30 лет.

С течением времени наиболее опасным последствием аварии на ЧАЭС становится америций-241 - продукт распада плутония-241. Опасность америция в том, что его количество со временем лишь возрастает. Его период полураспада огромный - 433 года. И он - источник альфа-излучения, а это смертельная угроза для живого организма.

Плутоний - элемент тяжелый. Поэтому выпадал он лишь на территории Чернобыльской зоны и вокруг нее. От плутония уберечься легко: главное, соблюдать правила личной гигиены и хозяйственной деятельности.

Вообще, радиация не мистика, а результат химических процессов. И относиться к ней надо по-научному, тогда можно и жить спокойно. О воздействии радиоактивных изотопов «Нашей Ниве» рассказал физик Валерий Гурачевский.

Прошло 30 лет после Чернобыльской катастрофы. Это не просто очередная круглая дата, но и время полураспада основных радиоактивных изотопов, которыми после взрыва была загрязнена территория Беларуси - цезия-137 и стронция-90. Из названных изотопов в результате распада образуются новые вещества. Насколько они опасны?

Валерий Гурачевский: Завершился период полураспада - это означает, что половина всех данного вида радионуклидов превратилась в стабильные нуклиды, которые уже не излучают. Еще через 30 лет распадется половина от того объема, что остался, потом - еще половина… Чтобы весь выпавший в результате Чернобыльской аварии объем цезия и стронция уменьшился в 1024 раза, нужно 10 периодов полураспада - триста лет. Так что эта история будет тянуться еще долго.

Карта загрязнения территорий цезием-137 после Чернобыльской аварии в 1986 г.

Карта загрязнения цезием-137 в 2015 г.

Карта ипрогнозируемого загрязнения территорий цезием-137 на 2026 г. и 2046 г.

Из радиоактивного стронция-90 в результате распада образуется иттрий-90, а потом уже стабильный металл цирконий. Опасен ли иттрий?

ВГ: Да, иттрий-90 также радиоактивный. Стронций, распадаясь, выделяет бета-частицу, получается иттрий. Иттрий, в свою очередь, также излучает бета-частицу.

Но иттрий имеет очень короткий период полураспада - 64 часа, при расчете опасности по стронцию автоматически учитывают и иттрий. Сколько было стронция - столько будет и иттрия. Накопления не происходит. Но бета-излучение иттрия опаснее, чем излучение стронция, для живых организмов, и фактически, когда мы говорим об опасности стронция, это не совсем верно. Подразумевается иттрий.

Карта загрязнения территорий стронцием-90 и изотопами плутония в 2015 г.

Организм принимает цезий и стронций за калий и кальций

- Каково их воздействие на живые организмы?

ВГ: Стронций находится в одном столбце таблицы Менделеева с кальцием. И живые организмы определяют их как элементы со схожими свойствами: эти вещества накапливаются в костях, в отличие от цезия-137, который (как и калий) накапливается в мягких тканях. А природа предусмотрела отличный способ выведения шлаков из мягких тканей организма - мочеполовая система. Есть такое понятие - период полувыведения из организма. Для цезия это - пара месяцев. Значит, за год он почти полностью из организма выводится.

А для костей такую систему природа не предусмотрела. Поэтому накопленное в них почти никак не выводится. Бета-излучение накопленного в костях стронция воздействует на красный костный мозг - кроветворный орган. При больших дозах накопленный в организме стронций может вызвать рак крови. Но, повторяю, речь идет об очень больших дозах. Такие дозы не получил никто из населения, лишь небольшое число ликвидаторов.

- А как стронций попадает в организм?

ВГ: Радионуклиды, стронций в частности, попадают в организм через пищу, с водой, молоком.

- Где в Беларуси можно проверить продукты питания на содержание радионуклидов?

ВГ: В Беларуси более 800 лабораторий занимаются радиационным контролем пищевой продукции. Практически на любом предприятии, которое занимается пищевым производством, есть пункт радиационного контроля. Пункты радиационного контроля существуют в системе Минздрава (санитарно-эпидемиологические учреждения), на крупных рынках.

- Накопленный в костях стронций ведет себя так же, как в природе? Распадается в иттрий, а затем в цирконий?

ВГ: Да, но концентрация этого вещества в организме микроскопическая.

Период полураспада - 432 года

В последнее время стали говорить о новом радиационном изотопе - америции, который образуется в результате распада радиоактивного плутония. Но сначала задам вопрос о плутонии: где его больше всего выпало после Чернобыльской аварии?

ВГ: Цезий и стронций - осколки деления ядер урана. Но, помимо осколков в реакторе, образуются ядра трансурановых элементов, потяжелее урана. Преобладающую роль играют четыре их вида: плутон-238, плутон-239, плутон-240 и плутон-241. Они образуюся в недрах реактора и были выброшены в атмосферу после аварии. Это тяжелые вещества: 97% их выпало в радиусе примерно 30 километров вокруг Чернобыля. Это отселенная зона, куда человеку попасть не так-то просто. Три из этих изотопов - 238, 239 и 240 - имеют альфа- излучение. По силе своего воздействия на живые организмы альфа-излучение в 20 раз опаснее, чем бета- и гамма-излучения.

Но вот парадокс: плутоний-241 имеет бета-излучение. Казалось бы, вреда от него меньше. Но именно он во время распада превращается в америций-241 - источник альфа-излучения. Период полураспада плутония-241 - 14 лет. То есть, два периода уже прошло, и три четверти выпавшего вещества превратилось в америций.

Плутония-241 во время аварии на ЧАЭС выпало больше всего - это связано с техническими характеристиками реактора. И вот теперь он превращается в америций-241. Ранее в 30-километровой зоне вокруг реактора и за ее пределами америция не было, а теперь он появляется. Его содержание возрастает и за пределами 30-километровой зоны, где трансураны были, но в количествах не превышающих допустимый уровень. И теперь нужно следить, превысит ли содержание америция допустимый уровень или нет.

Допустимый уровень

- А какой допустимый уровень?

ВГ: Законодательство америций-241 пока не учитывает, и точные допустимые нормы его содержания в природе не определены. Но они должны быть примерно такие, как и для других изотопов с альфа-излучением. И сейчас мы наблюдаем тревожную ситуацию: в зонах, расположенных близко от реактора, растет уровень альфа-излучения и возрастают размеры этих зон. Прогноз - к 2060 году америция там станет вдвое больше, чем сейчас там насчитывается всех изотопов плутония вместе взятых. А период полураспада америция - 432 года. Так что эта проблема на долгие-долгие годы.

От облучения снаружи защитит одежда

- В интернете пишут, что у излучения америция очень высокая проникающая способность.

ВГ: Проникающая способность альфа-излучения мизерная. Но при условии, что радиация воздействует на организм снаружи. От такого облучения можно укрыться листом бумаги - и бумага вбирает в себя альфа-излучение. Для человека роль такой бумаги выполняет ороговевший верхний слой кожи. Да и одежду надо учесть - ведь никто голый по зоне не бегает. Но есть еще облучение внутреннее - в случае, если источник альфа-излучения попадает в организм. С пищей, например. И оно уже опасное, так как изнутри организму нечем от него защититься. 80-90% полученных населением доз облучения сегодня, а также связанных с радиацией заболеваний, - результат внутреннего облучения.

- В каких органах накапливается америций?

ВГ: В костях, как и стронций. Это опасный радионуклид. Но, повторяю, в панику впадать не стоит. Нужно проводить исследования, измерения.

Правда ли, что америций имеет большую летучесть по сравнению с исходным плутонием и поэтому ему проще «захватывать» новые территории?

ВГ: Летучесть приблизительно такая же. Возможно, он имеет большую, чем плутоний способность переходить из почвы в растения, но это еще надо проверять.

Радикальный прогноз: вплоть до отселения части Речицкого района

- Ведутся ли исследования содержания америций в почве, его распространения?

ВГ: Да. Этим занимается Центр радиационного контроля и мониторинга окружающей среды Министерства природы, Полесский государственный радиационный заповедник - он имеет прекрасную лабораторию, благодаря нашим западным партнерам. Также соответствующим оборудованием располагают Гомельский институт радиобиологии и Институт радиологии МЧС.

Но простой фермер или председатель колхоза, сможет ли он в ближайшей из тех 800 лабораторий радиационного контроля проверить свою продукцию на содержание америция?

ВГ: Выявление америция возможно только в лабораториях с радиохимическим оборудованием. Это длительное и дорогостоящее исследование. Но, если кто-то обратится в указанные выше институции, думаю, там им помогут. В большинстве из названных 800 лабораторий можно определить уровень цезия-137 и калия-40. На стронций исследования делают не везде.

- Какие территории Беларуси заражены (или могут быть в последующие годы заражены) америцием?

ВГ: В отношении этого ученые спорят. Некоторые считают, что ситуация очень серьезная, и даже часть Речицкого района может попасть в зону заражения.

- И какие меры можно предпринимать, чтобы уберечься?

ВГ: Повторяю, это только версия. Но в крайнем случае никакие меры не помогут. Только контроль. И, если ситуация будет складываться так, как прогнозируют упомянутые ученые, - вплоть до отселения.

Основные радионуклиды в аварийном выбросе

Из книги В.Гурачевского «Введение в атомную энергетику. Чернобыльская авария и ее последствия».

Валерий Гурачевский. Кандидат физико-математических наук, доцент. Один из инициаторов создания и руководитель Центра по радиологии и качеству продуктов в АПК при Белорусском государственном агротехническом университете. Автор более 100 научных публикаций, нескольких книг - в т.ч. книги «Введение в атомную энергетику. Чернобыльская авария и ее последствия».

В Полесском радиационном заповеднике америций обнаружили в организмах диких кабанов, потому что кабаны роют землю и едят корнеплоды с землей

О том, как изучают уровень содержания америция в почве, «НН» рассказал Вячеслав Забродский, заведующий лабораторией Полесского государственного радиационно-экологического заповедника. Лаборатория имеет американские альфа- и гамма-спектрометры фирмы Canberra, с помощью которых можно исследовать содержание америция и других радиоактивных изотопов в почве и продуктах питания.

Вячеслав Забродский рядом с гамма-спектрометром

Определение уровня гамма-излучения в пробах почвы и донных отложений, рассказал Вячеслав Забродский, это не дорогостоящий процесс. Однако альфа-спектрометрия требует в тысячу раз более точных измерений. Процесс занимает около семи дней и требует дорогостоящих реактивов - анализ одной пробы может стоить сумму около двух миллионов рублей. На вопрос, может ли фермер, который хочет проверить свою продукцию или почву, обратиться в лабораторию, заведующий ответил положительно. Правда, отметил он, никто пока еще не обращался.

В любой точке заповедника небольшое количество америция в почве присутствует, говорит Забродский. Может он быть и в прилегающих районах. Ученый отмечает, что как последствие ядерных испытаний америций есть в любой точке земного шара. В меньшей концентрации, конечно.

Если америций содержится в почве, почему же не меняется законодательная база, не определены нормы его содержания? Возможно, потому не торопятся, отмечает Забродский, что америций имеет достаточно низкий коэффициент перехода в живые организмы. Связано это с тем, что, например, цезий и стронций - это радиационные аналоги калия и кальция, элементов, которые являются основой биологической жизни. А америций и плутоний, из которого он образуется, воспринимаются организмом как чужеродные элементы. И остаются, таким образом, в почве и в растения не переходят.

И все же для попадания в человеческий организм этот радиоактивный лежебока шансы имеет. Например, через организмы тех, в чей рацион входит почва.

«Мы проводили исследования на диких кабанах, - говорит Забродский. - Почва составляет 2% их рациона. Америций, плутоний мы обнаружили даже в их мышечной ткани. На минимуме возможности обнаружения, но нашли».

Могут ли эти изотопы попасть в организм с дымом?

Маловероятно, отмечает Забродский. «Когда были пожары в Хойниках, мы собирали пробы частиц дыма, сажи. Цезий, стронций в них был, но плутоний, америций - нет, поскольку его нет в древесине».

Радиационная обстановка на территории Полесского радиационно-экологического заповедника

Дмитрий Павлов: Весь плутоний выпал на закрытой территории

«Законодательство менять можно и нужно, - говорит начальник управления реабилитации пострадавших территорий Департамента по ликвидации последствий Чернобыльской АЭС Дмитрий Павлов. - Но сначала нужно оценить целесообразность. У нас весь плутоний выпал на закрытой территории, в заповеднике, куда мы не пускаем ни туристов, ни пешие группы. Зачем нормы, применяемые к этой территории, распространять на всю страну?

Да, в заповеднике есть проблема: ядерное топливо во время взрыва выпало в виде дисперсных частиц. И можно подцепить эту частицу на обувь и перенести в любую сторону. Поэтому бывает ситуация, когда в одной точке радиационный фон нормальный, а через пять метров - превышешение в сотни раз».

Но проблема с америцием, считает Павлов, раздувается искусственно: «Никто почему-то не сопоставляет территории распространения америция и самоочищения почв от цезия и стронция - посмотрите, какая там будет разница в площадях. Украина и Россия завидуют нам, ведь мы не бросили эти территории. Мы не имеем столько земли, сколько в России, чтобы можно было их бросить. Там люди живут, работают. Как можно получать там чистые продукты? Например, вносятся удобрения, они подменяют собой имеющийся в почве цезий».

Карта радиационной обстановки в Гомельской области в 2015 году.

Карта радиационной обстановки в Брестской области в 2015 году.

Как измеряется уровень стронция в молоке

Также Дмитрий Павлов согласился прокомментировать громкое дело с молоком, взятым на пробу на белорусской ферме в 45 км от Чернобыля. В том молоке, по мнению журналистов Associated Press, было выявлено десятикратное превышение содержания стронция-90.

Исследование того молока, объяснил Дмитрий Павлов, осуществлялось на устройстве MKС-АТ1315 производства белорусского предприятия «Атомтех». Для определения содержания каждого из радиоактивных изотопов требуется особенным образом готовить пробу. Простейший анализ - на цезий-137. Для него достаточно литра жидкого молока, времени на такой анализ требуется 30 минут.

Анализ на стронций требует специальной подготовки пробы. Во-первых, молока должна быть не менее трех литров. Сначала его выпаривают в течение пяти дней, пропускают через специальный фильтр. Потом сухое вещество, остающееся на фильтре, сжигают. И из трех литров молока выходит пара десятков граммов сожженного вещества. В нем-то устройство и определяет уровень содержания стронция, а потом с помощью расчетных таблиц рассчитывается содержание радионуклида в исходных трех литрах молока.

Анализ на стронций тогда даже не проводился, но в протоколе измерений, который получили на руки журналисты, устройство автоматически выдало цифры по всем возможным на нем измерениям. По стронцию-90 и калия-40 это цифры произвольные, совершенно случайные, объясняет Дмитрий Павлов.

Америций - 95-й элемент таблицы Менделеева. Синтезирован в 1944 году в Чикаго. Назван в честь Америки подобно тому, как ранее выявленный элемент с похожей внешней электронной оболочкой был назван в честь Европы.

Мягкий металл, светится в темноте за счет собственного альфа-излучения. Изотоп америций-241 накапливается в выработанном оружейном плутонии - этим обусловлено наличие альфа-излучения в ядерных отходах. Период полураспада америция-241 - 432,2 года.

Схема электронных оболочек атома америция.

Провести анализ на содержание америция можно только в лабораториях с радиохимическим оборудованием. Этим занимаются Центр радиационного контроля и мониторинга окружающей среды Министерства природы, Полесский государственный радиационный заповедник, Гомельский институт радиобиологии и Институт радиологии МЧС.

Подготовил Андрей Скурко

Дементий Башкиров

Америций-241 – самый мощный компонент грязного оружия массового поражения, выводящий территории из строя на несколько тысячелетий.

Активность америция-241 в ОЯТ тепловых реакторов

Средняя доля пары плутоний-америций-241 в ОЯТ тепловых реакторов более 15% (до 23% при высоких выгораниях в SNF PWR). Из 4700 тонн гражданского плутония это составляет 700 тонн. Через 70 лет после остановки реактора, 98% плутония-241 (14,4 года) превращается в америций-241 (432 года). Удельная альфа активность америция 3,5 Ки/г, у «гражданского» плутония 0,27 Ки/г.

Долговременная альфа активность америция-241 доминирует в ОЯТ с 30 лет до 1500 лет выдержки (превышает 50% всей альфа активности).

Способ расчета активности объяснил нам на уроке ядерной физики (был такой предмет в советской школе) в 1978 году директор школы, учитель физики (Чванов Кузьма Иванович). На Новогодние каникулы он задал членам кружка «юный физик» задачку по расчету активности плутония в ОЯТ ВВЭР тепловой мощностью 3 ГВт, чтобы ученики поняли, для чего нужны знания в ядерной физике. Исходные данные по изотопному составу актинидов для расчетов нужно было брать в таблице [страница 450, 30 том, БСЭ, 1978, тираж 632 000 экз, цена 5 р. 50 к.], а периоды полураспада из справочника [Физические Величины, 1964] он предоставил сам.

Тогда у меня не было калькулятора, и ни у одного из одноклассников не было. Для расчета нужно было купить таблицы Брадиса. У отца в библиотеке были [Четырехзначные математические таблицы. В. Брадис. 1933. 25 коп.].

Отец решил задачу с помощью логарифмической линейки, карандаша конструктор ТМ и листа бумаги 11 формата за 30 минут. Мне пришлось возиться несколько дней.

На Новый Год тогда тюкнуло -52 °С (от -45 °С до -55 °С по району) стоял полный штиль и туман. Кататься на коньках было невозможно – коньки прилипали ко льду. Городские дубы лопались со страшным треском. В ту зиму замерзли все яблони, груши, вишня, малина, в лесу погибли все крупные липы и многие дубы.

Весной был рекордный подъем воды. Паводок сносил не только бани и сараи, но и дома, мосты. В гаражах машины были затоплены по окна, в школе все подвалы и убежище были залиты, вода подступила к полу первого этажа.

Вместо школы и подготовки к выпускным экзаменам, мы катались на лодках и камерах по ревущей реке.

Во дворе школы вся листва была сожжена с осени, а весной ни липы, ни сад не зазеленели. Стояли черными. Зеленела только травка вдалеке от школы, где земля не была вытоптана. Хмурый летний день: мы собрались для сдачи экзамена.

На заднем фоне, в полукилометре за школой, виднелся черный склон Липовой горы. Раньше в это время все липы зацветали, и аромат липового цвета наполнял все уголки в городе и в домах. Казалось, что липа цветет прямо под окном. В том году только выхлопы метзавода витали в воздухе.

Проходя мимо нас, учитель физики поздоровался и сказал:

– Вот так выглядит летний лес ядерной зимой.

– Сойдите с газона, дайте траве прорасти! Какой пример вы показываете младшим! – прогнала нас из «ядерного леса» уборщица.

Доля 241-й массы в общей массе плутония советского ВВЭР составляет 11,79%, а среди всех трансурановых актинидов 11,02%. Обратите внимание, америций-241 накапливается только при распаде плутния-241. 15,7 процентов плутония-241 распалось в америций-241 еще в реакторе, 13 из 83 килограмм – в выгружаемом ОЯТ.

Активность америция-241 в равновесном МОКС ОЯТ быстрых реакторов

Средняя доля 241-й массы (плутоний+америций) в массе равновесного топлива быстрого свинцового реактора составляет 4,8% (3,8% плутоний и 1,0% америций) в момент выгрузки из реактора [Экологически безупречная атомная энергетика, Адамов, Ганев, 2010]. Расчет проведен для БРЕСТ-ОД-300 и свинцового теплоносителя, расчетное время внешнего цикла (пирорадиохимия) 0,5 года, равновесие достигается на 4-6 цикле.

При стартовых режимах работы БН-600, когда нет плутония в составе топлива, а основным делящимся изотопом является уран-235 (86% делений происходит на этом изотопе при старте БН на обогащенном уране), реактор накапливает «легкий» плутоний (легкие изотопы плутония). В этом плутонии мало 240-й массы и более тяжелых масс. Этот классический режим для накопления вторичного (идеального) ядерного материала – плутония-239, из первичного (идеального) ядерного материала – урана-235, называется конверсией.

В реакторе типа БН (быстрый натриевый) спектр существенно смещен в сторону тепловых (промежуточных) нейтронов, поэтому среднее отношение сечений деления и захвата плутония-240, из которого нарабатывается плутоний-241, смещается в сторону увеличения захвата. Это приводит к тому, что доля плутония-241 (и его дочернего америция-241) увеличивается примерно в 2 раза. Таким образом, доля пары плутония+америций-241 в равновесном топливе БН-600 поднимается до 8%.

Реактор БН-600 сегодня не рассматривается как выжигатель америция-241, так как наработка нового америция в натриевом спектре равна или превышает выгорание америция за то же самое время.

Темп выжигания 241-й массы непосредственно зависит от темпа выжигания реактора (должен быть не менее 16% т.а. в год) и от длительности радиохимического (внешнего) цикла переработки ОЯТ (д.б. не более 0,5 года) – это советские требования к ЗЯТЦ БН.

Для достижения этих параметров необходимо было в два раза поднять удельное тепловыделение реактора, и создать высокоскоростную пирорадиохимию. И то, и другое, теоретически обоснованное в СССР значение, оказалось невыполнимо (или заведомо катастрофично).

Сегодняшние теоретики понимают, что для создания ЗЯТЦ на реакторах БН-600, БН-800 и БН-1200 необходимо, кроме идеально работающей высокоскоростной радиохимии, строить выжигатели америция (и кюрия).

Реактор БРЕСТ или СВБР позволяют (теоретически) самостоятельно сжигать собственный америций, кроме того, выжигать до 30% внешнего америция. Если бы такие реакторы заработали в 50-х годах, то могли бы обеспечить атомную энергетику безотходной (без альфа-активности) технологией получения электроэнергии.

Если сегодня остановить весь парк накопителей плутония-америция, все 400 ГВт мировой атомной энергетики, то для сжигания накопленного америция потребуется в 2 раза большая мощность БРЕСТ на столетие.

Активность америция при сжигании в реакторах-выжигателях

Чтобы сжечь америций-241 в нейтронном потоке, необходимо знать, каким образом нейтроны взаимодействуют с ядром америция.

Для начального понимания проблемы рассмотрим график зависимости сечений, которым пользовались для составления стратегии обращения с ОЯТ в ARNL в 1964 году, и сравним «древние» данные с данными 1991.

Самая верхняя кривая – общее сечение, которое в тепловой области почти полностью образовано сечением захвата, которое при энергии нейтрона 0,0253 составляет ~800 барн (совпадает с графиком). При этом сечение деления всего 3,14 барн (совпадает с графиком). [Физические Величины, 1991].

Обратите внимание, что тепловое сечение у В-10 - 3837 барн, у Cd – 2520 барн, а у урана-238 – 2,71 барн. Америций-241 – эффективный поглотитель тепловых нейтронов.

Если мы начнем сжигать америций в тепловом реакторе, то мы получим в основном Cm-242 и другие, более тяжелые изотопы. Таким образом, альфа активность только возрастет.

Совсем другая картина в области энергии нейтронов 1 МэВ и выше. Сечение захвата примерно 0,2 барна, а сечение деления примерно 2 барна. 9 из десяти атомов америция-241 будут поделены на осколки в таком жестком спектре.

При снижении энергии нейтрона до 0,7 МэВ сечения деления и захвата сравниваются на уровне 0,4 барн. Это означает, что лишь половина америция превратится в осколки.

При повышении энергии нейтронов до 2 МэВ сечение захвата падает до 0,1 барн, а при 3,5 МэВ вообще до 0,01 барн.

При решении задачи выжигания следует помнить, что основная цель – избавиться от альфа активности. Необходимо не просто уничтожить америций-241, а сделать так, чтобы из него не образовались более опасные изотопы.

Если строго подходить к решению задачи, то необходимо добиваться кардинального снижения приведенной активности (биологической опасности). Получение осколков приводит к резкому скачку приведенной активности осколков деления америция, которые лишь через полгода-год сравняются с приведенной активностью америция.

Аналогичный подход должен быть и при выжигании плутония. Если в процессе работы реактора вместо 1 кг 239 массы с удельной активностью 63 мКи/г образуется 100 грамм тяжелых ядер с удельной активностью 6,3 Ки/г, то суммарная активность возрастет в 10 раз, а период полураспада с 24 000 лет упадет до 240 лет. Понятно, что долговременная активность для 10 поколений людей возрастет в 10 раз.

Отличительная особенность реактора-выжигателя, состоит в том, что в него не загружается уран-238. Такими реакторами могут быть тепловые реакторы, работающие на топливе из смеси «легкого» плутония с инертной матрицей. Но америций для таких реакторов – сильнейший нейтронный яд, и выжигать америций таким способом невозможно. Тепловые реакторы могут только «подпортить» оружейный плутоний.

Быстрые реакторы могут выжигать плутоний и америций. Для этого необходимо выделить весь плутоний и америций из ОЯТ тепловых реакторов и сделать из этих элементов топливо для БР. Никакого урана, кроме чистого урана-235, в составе топлива не допускается.

За одну кампанию, при низких параметрах тепловыделения, можно выжечь до 50% загруженного материала. Так как воспроизводства в таком варианте нет, это и будет коэффициент конверсии. Если использовать в выжигателях свинцовый теплоноситель, бериллиевый отражатель, и вдвое снизить тепловыделение, по сравнению с СВБР АПЛ советских времен, то можно достичь выгорания 75% и более за одну кампанию.

Не нужно забывать, что уменьшение массы актинидов не равно уменьшению активности актинидов. Поэтому для оценки выжигателя КК неприемлем. Гораздо важнее для этого устройства такой показатель, как снижение приведенной активности остатка после работы реактора-выжигателя, или снижение биологической опасности взятых в работу материалов.

500 тонн советского урана-235, при наличии достаточного количества реакторов-выжигателей типа СВБР, могли бы пережечь половину америция-241, накопленного сегодня мировой атомной энергетикой.

Роль радиохимии америция в атомной энергетике

Все проекты по ЗЯТЦ разрабатываются военными, партийными лидерами, руководителями государств, при помощи физиков-ядерщиков. Мнение радиохимиков не учитывается в этих проектах. Радиохимические комплексы (переработка ОЯТ БР) даже не строились для создания ЗЯТЦ (пример – НИИАР позднего советского периода и Прорыв в Томске).

В пропаганде и рекламе БОР-60, БН-350, БН-600, БН-800, БРЕСТ-ОД-300 на самом первом месте стоят фразы, что этот реактор предназначен для пацифисткой задачи – создания ЗЯТЦ, который обеспечит человечество на тысячелетия бесплатной энергией. Но в перечне первоисточников, в технической документации реактора, про обращение с ОЯТ, либо нет ни слова, либо 1-2 пункта из примерно 500.

Никто из радиохимиков до сих пор так и не поддержал идею ЗЯТЦ. Реактор разрабатывается сам по себе, без привязки к переработке ОЯТ.

Радиохимия плутония запрещена во всех странах, кроме стран 5-ки ядерного клуба, с 1964. Переработка ОЯТ для гражданских целей запрещена в США с 1973. В Китае, СССР (Россия) и Англии переработано 1-2% ОЯТ гражданских реакторов. Франция – единственная страна, где переработка гражданского ОЯТ осуществлена в промышленных масштабах, в топливе тепловых реакторов был пережжен весь оружейный плутоний (и америций в том числе).

Доминирующие мировые стратегии по обращению с ОЯТ не предусматривают никакой радиохимии. Либо контролируемое длительное хранение, либо окончательное захоронение без возможности повторного использования. Как это сделать, и в какой точке земного шара – это актуальная обсуждаемая тема международных переговоров и научных исследований.

Судьба самого мощного ОМП в ядерной истории человечества сегодня (как и всегда) зависит от политического решения.

Словарик

Приведенная активность (термин используется в НРБ-99/2009 для определения класса работ с открытыми источниками ионизирующих излучений) – активность на рабочем месте, равная по биологической опасности активности радионуклиду, имеющему МЗА 1000 Бк.

МЗА (минимально значимая активность) – активность на рабочем месте, для работы с которой не требуется получения разрешения органов Ростехнадзора. Эта величина очень сильно отличается для различных радионуклидов, и изменяется от 1000 Бк для плутония-240 и америция-243 (нейтронные источники), до 10Е+9 Бк для трития. См. Приложение 4 НРБ-99/2009.

Такое количество активности можно (но не нужно), один раз за всю жизнь, намазать на кожу или слизистые, съесть, вдохнуть, ввести внутривенно без последствий для здоровья. 100 000 МЗА – это летальная доза, 4 Зв, которая накопится за 1 сутки экспозиции при поступлении внутрь организма. Даже если радионуклид будет полностью выведен из организма после такой экспозиции, 50% пострадавших погибнут в течение 30 суток (без специального лечения).