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

Исторически первым был разработан термоэлектрический генератор SNAP-1A мощностью 125 Вт с ртутной защитой. Работы над установкой были закончены в 1960 году после испытания модели с электрическим подогревом. На Рис.1 хорошо видны таблетки изотопа 144Се, при радиоактивном распаде которого выделяется тепло, и змеевик охлаждения. Всё это находится в пространстве, залитым ртутью. На поверхности изолирующего покрытия расположены термоэлектрические преобразователи. Примерно тогда же был создан изотопный термоэлектрический преобразователь SNAP-3, предназначенный для проверки основных принципов работы таких устройств. Этот преобразователь был загружен изотопом полония 210Ро. Он имел начальную мощность 3 Вт и проработал долгие годы.

Радиоизотопные термоэлектрические преобразователи типа SNAP-1A, загруженные изотопом плутония 238Pu имели мощность 2,7 Вт и массу 1,84 кг (2,5 кг вместе с термоэлектрическим преобразователем). Малые размеры (11,875*12,25 см), относительно небольшая масса, и длительный период полураспада (89 лет), обеспечивающий указанную мощность по крайней мере в течение 5 лет, позволили использовать их в космосе, в частности, как вспомогательные источники электроэнергии в навигационных спутниках серии «Транзит-4А» и «Транзит-4Б», запускаемых с 1961 года. Спутник «Транзит-4А» с радиоизотопным источником, запущенный 28 июня 1961 года – первый случай использования атомной энергии в космосе. Важно, что в плутонии-238, в отличие от плутония-239, не может поддерживаться цепная ядерная реакция, а значит при использовании этого изотопа исключена опасность ядерного взрыва. Источник SNAP-9A мощностью 25 Вт был разработан для установки на спутнике «Транзит-5». Использованный в нём радиоизотоп плутония 238Рu обеспечивал надёжную работу в космосе в течение 6 лет.

В США метеоспутник "Нимбус", который вращается вокруг Земли с мая 1968, имеет батарею на плутонии-238 мощностью 60 Вт. Американский лунный зонд «Сарвейор», который в 1966 передал по радио на Землю первый химический анализ лунного грунта, обладал энергетической установкой (термоэлектрический генератор SNAP-11) мощностью в 20 Вт, питаемой 7,5 г кюрия-242 (срок работы 120 дней).

Мини-электростанция SNAP-27 имеет мощность 73 Вт, которая обеспечивается 4,3 кг плутония-238. Ее размеры составляют 45*40 см. 12 ноября 1969 года астронавты "Аполлона 12" установили SNAP-27 на Луне. Из соображений безопасности на время космического полета американские космонавты закрепили плутониевый стержень, имеющий температуру 700оС, на наружной стенке лунного корабля. Только после посадки они поместили его внутрь генератора. SNAP-27 сразу стали давать электрический ток, а позднее -- снабжать энергией оставленную на Луне измерительную аппаратуру. Еще раньше, при первой посадке на Луну, американцы использовали источники энергии из плутония-238. Такие батареи помещали в измерительные приборы, и они гарантировали их безупречную работу, даже при тех резких перепадах температур, которые существуют на спутнике нашей Земли. В полетах космических кораблей "Аполлон" источник энергии из 570 г плутония-238 обеспечивал регенерацию питьевой воды. С его помощью американские астронавты могли ежедневно регенерировать 8 л воды.

Желудочно-кишечный синдром

 Причиной гибели  млекопитающих животных и человека, при облучении в дозах превышающих 10 Зв, является  поражение желудочно-кишечного тракта. Наиболее радиочувствительным органом в системе желудочно-кишечного тракта является тонкий кишечник. После облучения наблюдается опустошение клеток ворсинок и крипт кишечника. Протекающие при этом процессы аналогичны процессам, рассмотренным выше для клеток крови и красного костного мозга, однако, с другими количественными характеристиками. Дегенеративная и регенеративная фазы у клеток кишечного тракта более кратковременны, чем у клеток крови и красного костного мозга. Стволовые клетки желудочно-кишечного тракта дифференцируются и созревают значительно быстрее, чем клетки крови. Так, если среднее время созревания для разных типов клеток крови составляет 3 – 8 суток, то для клеток желудочно-кишечного тракта - всего 42 – 55 часов. При этом стволовые клетки кишечника более устойчивы к облучению, чем стволовые клетки красного костного мозга. Среднелетальные дозы  для первой группы клеток составляют D37 = 4-6 Гр, для второй группы - D37 = 1 Гр. В радиационном поражении эпителия кишечника значительную роль играет и интерфазная  гибель клеток сразу после облучения. Поэтому опустошение клеток кишечника происходит очень быстро, у мышей, например, крипты тонкого кишечника, опустошаются за 1 – 2 сутки, ворсинки – за 3 – 4 суток. В течение этого срока наблюдается гибель большинства животных при выраженных проявлениях желудочно-кишечного синдрома. При облучении в меньших дозах, вызывающих кроветворный синдром, происходит интенсивное восстановление клеток кишечника, которое полностью заканчивается к 5-6 суткам после облучения.

 Таким образом, гибель животных при дозах, вызывающих желудочно-кишечный синдром, определяется в первую очередь, опустошением ворсинок и крипт кишечника. Это приводит к нарушению функционирования пищеварительной и выделительной систем,  нарушению баланса жидкостей в организме. Все эти процессы сопровождаются поражением кровеносных сосудов, кровоизлияниями и развитием инфекционных процессов. Определить, какой из этих процессов вносит наиболее существенный вклад в летальный исход животного, практически невозможно. Опыты с облучением животных в стерильных условиях свидетельствуют о важной роли инфекционных процессов в гибели животных.

Церебральный синдром

  Действие ионизирующих излучений на клетки центральной нервной системы принципиально  отличается от их действия на клетки красного костного мозга и кишечника. При облучении центральной нервной системы практически отсутствуют потери за счет репродуктивной гибели клеток. Как известно, нервная ткань, в основном, состоит из высокодифференцированных  клеток, не способных к делению. Соответственно, нервные клетки характеризуются и высокой радиоустойчивостью. Интерфазная гибель нейронов происходит при очень высоких дозах излучения, порядка нескольких сотен Грей. Причем, неизвестно, является ли причиной гибели непосредственное повреждение нервных клеток вследствие облучения, или же гибель клеток опосредована повреждением других систем, в первую очередь, кровеснабжающих сосудов.

 Таким образом, в радиобиологии человека и животных, выделяют три основных критических органа (систем), ответственных за гибель организма при однократном тотальном облучении. Однако, при других способах и условиях облучения, критическим органом может стать любой орган или любая ткань, поглотившие определенную дозу ионизирующего излучения. С этих позиций рассмотрим радиочувствительность основных органов человека.


На главную