Канальный кипящий графитовый реактор Реакторы водо-водяного типа Реакторы на быстрых нейтронах Задачи по физике ядра Испытания ядерного оружия Атомные батареи Физика ядерного реактора

Радиоактивное излучение Атомные реакторы и батареи

Летом 1960 года в Объединенном институте прошли первые испытания новой установки -импульсного реактора ИБР. Это - единственный в мире источник нейтронов, в котором периодический режим испускания этих ядерных частиц был реализован за счет использования подвижной части активной зоны, вращавшейся между двумя неподвижными частями. Иное техническое решение реализовано  при создании второго импульсного реактора (ИБР-2), построенного в Дубне в 1984 г. В нем вблизи активной зоны вращается отражатель нейтронов, что вызывает импульсы из-за изменения количества нейтронов в этой зоне. Спустя некоторое время стало ясно, что для ряда исследовательских задач ядерной физики первый реактор имеет слишком длинный нейтронный импульс. В 1968 году ИБР был модернизирован. Его мощность увеличилась в 30 раз (ИБР превратился в нейтронный бустер ИБР-30) благодаря тому, что к нему был присоединен ускоритель электронов, пучок которых, впрыскиваемый в центр активной зоны реактора, формирует нейтронный импульс. В такой системе коэффициент размножения нейтронов может изменяться от 16 до 1000 - это уникально гибкие возможности нейтронного источника. Особо надо подчеркнуть экономичность импульсных реакторов: ИБР-30 при средней мощности 10 кВт дает импульсы максимальной мощности 60 Мвт, у ИБР-2 средняя мощность 2 Мвт, импульсная - 1500 Мвт.

Рис.13 Реактор ИБР

ИБР-2 - эффективный инструмент нейтронных исследований. Средняя мощность реактора невелика, всего 2 МВт, поэтому он исключительно экономичен и надежен. Зато параметры импульсного нейтронного пучка на выходе достаточно хорошие: мощность нейтронного импульса составляет 1500 МВт, длительность импульса -220 микросекунд, а частота их следования - 5 импульсов в секунду. Поток нейтронов в импульсе составляет 1016 частиц на см2 в сек Он дает импульс 1016 н/см2 сек., но его средний во времени поток составляет только 1013 н/см2 сек. Хотя такого потока не могут добиться даже стационарные реакторы мощностью в 50-100 МВт, этого уже недостаточно для проведения широкого класса экспериментов. Реактор окружают разного рода спектрометры. Двенадцать таких устройств, включающих дифрактометры, рефлектометры, спектрометры малоуглового рассеяния, неупругого рассеяния и другие, установлены по периметру ИБР-2, куда веером от сердца реактора расходятся 14 пульсирующих потоков нейтронов. В настоящее время в ОИЯИ создается источник резонансных нейтронов ИРЕН. Энергия взаимодействия нейтрона с ядром определяется с использованием методики времени пролета. Ясно, что это время не может быть измерено точнее, чем продолжительность импульса. У первого ИБРа длительность нейтронного импульса составляла 30 микросекунд - точность измерения времени и соответственно энергии ограничивалась этой величиной. ИРЕН будет иметь длительность вспышек около 400 наносекунд. Это примерно в 100 раз лучше (то есть короче), соответственно повышается и точность измерений. Точное измерение энергии резонансных нейтронов дает возможность изучать свойства отдельных возбужденных состояний ядер, энергетическое расстояние между которыми меньше одного электронвольта. Таким образом, можно изучать свойства тяжелых ядер (их распад, различные каналы протекания реакции и т.д.) в условиях, которых нельзя достичь другими методами.

Радиочувствительность тканей, органов млекопитающих и человека.

Радиационные синдромы.

 Неодинаковой радиочувствительностью характеризуются не только различные особи одного вида, но разные клетки, ткани, органы, системы органов одного и того же организма. Закономерности протекания  биологического эффекта (поражения) при облучении определяются двумя группами факторов. Во-первых, величиной поглощенной организмом эквивалентной дозы и ее распределением в пространстве и времени, во- вторых радиочувствительностью тканей, органов и систем органов, имеющих существенное значение для функционирования организма. Сочетание этих факторов определяет специфику и время проявления эффектов облучения.

 Наиболее полно изучена картина поражения ионизирующими излучениями представителей млекопитающих, в т. ч и человека. Как уже отмечалось, ионизирующее излучение являются специфическим, не имеющим аналогов, физическим воздействием на живые системы. В первую очередь специфичность этого облучения определяется высокой проникающей способностью большинства видов ионизирующих излучений. Так, в результате тотального облучения организма рентгеновским, g-, b-, тормозным, нейтронным, протонным излучениями ни один участок организма не остается не облученным. Только в случае a-облучения  организм может получить локальное облучение.

 В большинстве случаев при облучении животных и человека, возникают изменения в организме, которых принято называть общим термином – лучевая болезнь. Под лучевой болезнью человека и других млекопитающих понимают определенный комплекс проявления поражающего действия ионизирующего излучения на организм. Многообразие лучевых реакций организма зависит от способа облучения (общее, местное, внешнее или внутреннее от инкорпорированных радионуклидов), временного фактора облучения (однократное, повторное, пролонгированное, хроническое). Интенсивность проявлений эффектов облучения зависит также от пространственного фактора, т.е. от размера облученной поверхности и распределения поглощенной дозы  в живом организме. По этому фактору, облучение организма может быть тотальным,  локальным, равномерным, неравномерным. Самый типичный пример радиационного поражения млекопитающих и человека – это острая лучевая болезнь (ОЛБ). ОЛБ проявляется при однократном тотальном внешнем облучении при эквивалентных дозах более 1 Зв. Для понимания основных закономерностей проявлений лучевого поражения необходимо внести понятие «критический орган». Термином «критический орган» в радиобиологии обозначают жизненно важные ткани, органы или системы органов, у которых нарушается структура и функции при облучении в определенном интервале доз, что обуславливает болезнь или гибель организма через определенное время после облучения. Между величиной поглощенной дозы и средней продолжительностью жизни облученного организма существует строгая зависимость, определяемая различной радиочувствительностью критических органов. Рассмотрим зависимость средней продолжительности жизни облученного организма от величины поглощенной дозы. На рисунке 1 представлены данные экспериментов,  определяющих эту зависимость при облучении мышей рентгеновским излучением. Как видно, повышение величины поглощенной дозы от 0 до 10 Гр приводит к снижению продолжительности жизни мышей до нескольких суток. При дальнейшем увеличении дозы облучения ( 10 –100 Гр) средняя продолжительность жизни животных не изменяется. Облученные в этом интервале доз мыши живут 1- 5 суток. Последующее увеличение поглощенной дозы до 1000 Гр приводит к резкому сокращению продолжительности жизни облученных мышей.  В этом интервале доз этот показатель снижается от нескольких суток до нескольких минут. Аналогичные данные о зависимости продолжительности жизни от дозы облучения получены в опытах с многимии животными. Показанный на рисунке специфический характер зависимости продолжительности жизни от дозы облучения определяется радиочувствительностью основных критических органов у млекопитающих: красного костного мозга, желудочно-кишечного тракта, центральной нервной системы. Необратимое поражение этих критических органов обуславливают проявление основных клинических синдромов при облучении человека и млекопитающих: костно-мозгового (кроветворного), желудочно-кишечного, церебрального.  Из рисунка 1 видно, что в интервалах доз 0 – 10 Гр гибель мышей обусловлен поражением кроветворной системы, в интервале 10 – 100 Гр- поражением желудочно- кишечного тракта. Быстрая гибель животных при дозах 100 –1000 Гр происходит вследствие поражения центральной нервной системы.

Рис. 1. Зависимость средней продолжительности жизни мышей от величины поглощенной дозы при тотальном однократном облучении рентгеновскими лучами.

Ось ординат – поглощенная доза, Гр; ось абсцисс - средняя продолжительность жизни облученных особей, сут.

 Ступенчатый характер кривой, связанный с  нарушением структуры и функционирования критических органов получен для многих животных, в т.ч. и для обезьян. Эти экспериментальные результаты с определеенной долей вероятности можно экстраполировать и на человека (рис. 2). Как видно, при дозах облучения в интервале 4-10 Гр средняя продолжительность жизни человека не превышает 40 суток. Гибель облученных при таких дозах происходит вследствие дестабилизации процессов кроветворения ( костно-мозговой, кроветворный синдром). При больших дозах ( 10 –30 Гр) гибель облученных животных происходит вследствие поражения желудочно- кишечного тракта (желудочно-кишечный синдром) и продолжительность жизни особей не превышает 10 суток. При очень высоких дозах ( >30 Гр) гибель облучения, продолжительность жизни человека колеблется от нескольких часов до 2 суток и летальный эффект обуславливается поражением центральной нервной системы ( церебральный синдром).

Рис. 2. Зависимость средней продолжительности жизни обезьян ( человека ) от величины поглощенной дозы при тотальном однократном  облучении рентгеновскими лучами.

Ось ординат – поглощенная доза, ось абсцисс - средняя продолжительность жизни облученных особей


На главную