Состав и виды радионуклидных выпадений

12.09.2012

Выбросы радиоактивных веществ в атмосферу приводят к поверхностным загрязнениям, которые по масштабам охвата территории делят на локальные (местные), ретональные (тропосферные) и глобальные (стратосферные), см. табл. 5.5.

В зависимости от мощности взрыва и от дисперсности образовавшегося радиоактивного материала, последний может оказаться в атмосфере на сравнительно небольшой высоте (в случае реакторных аварий - обычно не более 1-2 км), но может подняться до тропосферы (на высоту до 16-18 км) и даже до стратосферы (20-40 км). Последний случай соответствует испытаниям самого мощного, термоядерного оружия. Медленное, растянувшееся на десятки лет оседание радионуклидов из стратосферного источника привело хотя и к небольшим, но заметным загрязнениям по всей поверхности Земли. Глобальные выпадения не совершенно равномерны, большая их часть, около 3/4, приходится на Северное и только 1/4 - на Южное полушария. Минимальные выпадения образовались у полюсов и экватора, максимальные - на широтах от 30 до 60° в Северном полушарии.
Состав радиоактивных изотопов и от взрыва атомного заряда, и от аварии на ядерном реакторе в основном одинаков, так как и в том. и в другом случае происходит осколочное деление тяжелых ядер с примерно одинаковым набором продуктов реакции. Имеются и некоторые отличия.
При ядерных взрывах, помимо продуктов осколочного деления. образуется некоторое количество продуктов нейтронной активации почвенного материала (при наземных взрывах) или воздуха (при взрывах атмосферных). В атмосфере содержание долгоживущих 14С и 3Н в период наиболее интенсивных испытаний ядерного оружия заметно возрастало. Наведенная активность в почвах и грунтах при наземных взрывах сохранялась недолго из-за коротких периодов полураспада образующихся нуклидов (42К, 24Na, 50Fe, 43Са).
При авариях на ядерных реакторах или в технологических аппаратах по переработке материалов, полученных в реакторах, радиоизотопный состав выбросов зависит от такового в реакторе (аппарате) на момент аварии. В Кыштымской аварии взорвавшаяся емкость содержала частично переработанные жидкие отходы, из которых 137Cs был отделен, и главным долгоживущим нуклидом на территории ВУРСа оказался 90Sr.
В результате осколочного деления тяжелых ядер образуется около 200 изотопов, принадлежащих к более чем 70 элементам (это первичные и вторичные продукты деления и продукты их нейтронной активации). Значительная их часть - короткоживущие быстро распадающиеся изотопы. Так. после ядерного взрыва уже спустя 7 ч общая активность снижается в 10 раз по сравнению с той, что была через 1 ч после взрыва и снижается далее в 100 и 1000 раз соответственно через 2 и 14 сут. Спустя несколько лет остаются только два долгоживущих радионуклида, 137Cs и 90Sr с периодами полураспада около 30 лет. (В раннем периоде после аварии довольно значительна роль короткоживущих изотопов Cs и Sr: присутствие 137Cs составляет до 1/2 от активности 137Cs, a 89Sr вначале содержится в 15-20 раз больше, чем 90Sr)
Чернобыльская авария привела к выбросу примерно 3-4% загрузки реактора вместе с полным набором всех наработанных в нем продуктов (табл. 5.6). Состав выброса существенным образом зависел от формы и степени летучести радиоактивных продуктов.

Инертные радиоактивные газы (НРГ) - в основном различные изотопы Кr и Хе - вышли из разрушенного реактора почти полностью, их суммарная активность составила примерно половину от общей. Однако из-за быстрого распада и рассеяния в воздухе они практически не сказались на загрязнении почвенно-растительного покрова в зоне аварии. Изотопы летучих элементов (131,132I, 134,137Cs, 132Те) легче выделялись из реакторного топлива, чем тугоплавкие нуклиды (95Zr, 95Nb, 141,144Ce). По различным оценкам, из общего количества радиоактивного элемента, находившегося в реакторе на момент чернобыльской аварии, высвободилось от 30 до 60% йода, от 15 до 40% цезия и около 10% теллура, тогда как тугоплавких элементов - всего от 0,5 до 2%.
Кроме осколочных радионуклидов, в ядерном реакторе за время его работы накапливаются радионуклиды трансурановых элементов (актиноидов), которые образуются от захвата нейтронов в ядерном топливе, т. е. в результате n. γ-реакций и последующих цепочек β- и α-распадов

В годы гонки вооружений 239Рu был главным целевым продуктом работы реактора, в энергетических же реакторах плутоний - побочный продукт, являющийся дополнительным источником долговременного радиоактивного загрязнения при авариях на реакторах. Другие долгоживущие актиноиды, включая америций и кюрий, накапливаются со временем из промежуточных продуктов. Так, максимальное накопление Am из 241Рu произойдет через 40-50 лет после аварийного выброса, в чернобыльской зоне это примерно к 2030 г. Продолжительный сброс в океан жидких отходов радиохимических производств на севере Европы (главным образом из Великобритании) уже привел к небольшому, но заметному загрязнению трансурановыми нуклидами некоторых частей Атлантического океана.