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

Результаты изучения этих состояний позволяют делать выводы для фундаментальной ядерной физики, теории квантового хаоса и многих других актуальных научных направлений. С помощью мощных импульсов нейтронов можно исследовать твердые тела и жидкости и изучать процессы в динамическом режиме. Поэтому импульсные реакторы используются во многих научных и технических приложениях (разработка новых безопасных ядерных реакторов, создание трансмутаторов - установок для переработки ядерных отходов и т.п.) Одна из традиционных областей применения ИБРов - материаловедение, изучение свойств новых материалов, в том числе конструкционных и сверхпроводящих. Большой интерес практиков вызывает изучение пленочных покрытий: с помощью нейтронов, например, можно "увидеть", что происходит на границе между материалом и покрывающей его пленкой. С помощью импульсов нейтронов удалось выяснить, как меняется структура покрытия на скоростных магистралях Германии. Исследован высокотемпературный синтез материалов в реальном времени, изучены деформации и напряжения в материалах, используемых в конструкциях различных реакторов, изучена структура рибосом и полимерных молекул, магнитных и сверхпроводящих пленок и т.п. Все более широким становится применение нейтронов в таких областях, как геология, химия, науки о Земле. Целую отрасль сегодня составляет исследование текстур - пространственных свойств геологических пород. Так, изучение с помощью нейтронов пород, извлеченных с 10-километровой глубины на севере Кольского полуострова стало важной вехой в геологии. А изучение магнитной структуры этих пород дало уникальные сведения о прошлом магнитного поля Земли. Свои области исследований с помощью нейтронов сформировались в биологии, фармацевтике, медицине, экологии. В качестве примеров можно упомянуть построение карт загрязнения почвы тяжелыми металлами и радионуклидами и мониторинг содержания нежелательных металлов.

Рис.14 Импульсный реактор БИГР.

Тепловыделяющие элементы являются ячейкой, в которой начинается развитие всех процессов генерации ядерной энергии в атомном реакторе, как в условиях нормальной эксплуатации, так и в переходных и аварийных режимах. Для изучения поведения ТВЭЛ в различных режимах новые возможности предоставило использование импульсного реактора на замедленных нейтронах ВИР-2 с активной зоной из раствора соли UO2SO4, являющийся по своим характеристикам аналогом реактора типа ACRR (СНЛ, США).

В настоящее время (2004) Россия располагает самым мощным в мире импульсным графитовым реактором на быстрых нейтронах БИГР с керамической активной зоной самогасящегося действия. БИГР совместно с ускорителями заряженных частиц позволяет моделировать воздействие на различные виды военной техники, включая образцы ядерного оружия, отдельных поражающих факторов ядерного взрыва, так и комплексное их воздействие. Реактор БИРГ позволяет генерировать газ ультрахолодных нейтронов.

 Равные поглощенные дозы различных типов ионизирующих излучений вызывают неодинаковый эффект при действии на живые системы. Это связано с тем, что различные типы излучений характеризуется различным «качеством» действия по отношению живым организмам. Неодинаковое биологическое действие различных видов  излучений при одинаковой поглощенной дозе привело к необходимости учитывать их относительную биологическую эффективность (ОБЭ) или говоря иначе «фактор качества» излучения. Поэтому для учета биологической эффективности ведено понятие эквивалентная доза излучения. Эквивалентная доза характеризует биологический эффект ионизирующих излучений. Эффект, вызванный поглощенной дозой определенного типа излучения, сравнивают с биологическим действием поглощенной дозы так называемого стандартного излучения. Эталоном для сравнения взята доза такого стандартного излучения, которое характеризуется коэффициентом ЛПЭ равной 3 КэВ/мкм в слое воды. Такими параметрами обладают электромагнитные излучения, в частности, рентгеновское излучение, с начальной энергией квантов 200 КэВ. Для расчетов доз в практических целях, нормы радиационной безопасности  и санитарные правила предусматривают относительную биологическую эффективность различных видов излучений. Различные виды излучения обладают различными коэффициентами качества (взвешивающими коэффициентами) по сравнению со стандартным излучением (табл. 1). Для подсчета эквивалентной дозы в организме, в органе или ткани необходимо поглощенную дозу умножить на соответствующий взвешивающий коэффициент WR для данного типа излучения

Dэкв = Dпогл Ч WR

Если поле излучения состоит из нескольких излучений с различными коэффициентами качества, то эквивалентная доза определяется в виде:

Dэкв = е Dпогл ЧWR

Единицей измерения эквивалентной  дозы в системе СИ является Зиверт (Зв), названная в честь Рудольфа Зиверта - известного шведского физика- радиобиолога. Этот ученый - крупнейший специалист в дозиметрии, внесший большой вклад в методологию количественного измерения радиации, один из основателей концепции радиационной безопасности. По инициативе Р. Зиверта на нашей планете создана сеть станций дозиметрического контроля для наблюдения за радиационным фоном Земли. Внесистемной единицей для измерения эквивалентной дозы является бэр (биологический эквивалент рада).

 

 1Зв = 1Гр = 1 Дж/кг стандартного излучения. 1 Зв = 10-2 бэр. 

Как видно, относительная биологическая эффективность  зависит от типов излучения. Высокими коэффициентами качества обладают излучения, характеризующиеся высокой плотностью ионизации, т.е. большими значениям коэффициента ЛПЭ. Однако зависимость между ОБЭ и ЛПЭ излучений носит сложный характер. Повышение ОБЭ заряженных ионизирующих частиц с ростом ЛПЭ наблюдается только до значений ЛПЭ = 100 кэВ/мкм, при этом наблюдается максимальные значения ОБЭ. При значениях ЛПЭ более 100 кэВ ОБЭ ионизирующих частиц снижается (рис.1). При значениях ЛПЭ около 1 МэВ, эти ионизирующие частицы характеризуются невысокой ОБЭ. Причина этого явления заключается в том, что гибель клеток происходит после поглощения достаточно большого количества энергии в некотором критическом объеме. C ростом значения ЛПЭ такая вероятность увеличивается. Но после определенного порога наступает насыщение,  и каждая следующая частица теряет энергию в процессе ионизации уже убитых клеток.  При достижении оптимального значения ЛПЭ, когда наблюдается максимальное количество убитых клеток в определенном объеме на поглощенную дозу, наступает эффект избыточного поражения.


На главную