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

Как правило, делящиеся материалы выделяют в отдельный класс (особенно при соблюдении правил транспортировки). Приведём некоторые характеристики этих материалов. Необлученное («свежее») ядерное топливо - слаборадиоактивное вещество, содержит оксиды урана (UО2) в виде порошка, таблеток, брикетов, гранул темно-серого или черного цвета, не горючее. Токсичный химический продукт, опасен при попадании на кожные покровы и внутрь через органы дыхания. Топливо размещают в металлических изделиях (сборках) серебристо-белого цвета трубчатой конструкции шестигранного, круглого, треугольного и квадратного сечения, а также в виде небольших цилиндрических блоков. Неповрежденные сборки не представляют непосредственной опасности для человека.

Облученное ядерное топливо. Извлеченное из реактора отработавшее ядерное топливо (ОЯТ) -отдельные тепловыделяющие элементы (твэлы) или сборки, содержат оксиды урана (UO2 и др.), плутония (РuО2 и др.) и другие трансурановые нуклиды - продукты деления урана-235, образовавшиеся в результате облучения исходного топлива в реакторе. Оксиды - устойчивые соединения в виде таблеток темно-коричневого, черного цвета, нерастворимы в воде, температура плавления оксидов свыше 2000оС. ОЯТ имеет высокую альфа- и бета- активность, интенсивное проникающее нейтронное и гамма-излучение.

Гексафторид урана (UF6) - кристаллическое, химически активное вещество бледно-желтого цвета, плотность 5 г/см3 при 20оС, температура плавления 64оС при давлении паров 0,1 МПа (1 кгс/см2 = 1 атм.). При плавлении образуется прозрачная бесцветная жидкость плотностью 3,7 г/см3 При температуре 0°С практически не испаряется, при комнатной температуре давление пара составляет 1,4 кПа, при 95°С - около 0,4 МПа. Пары ядовиты. На воздухе гексафторид урана гидролизуется с образованием облака радиоактивных аэрозолей тяжелей воздуха, состоящих из частиц уранилфторида и фтористого водорода (не горючие), хорошо растворим в воде с образованием уранилфторида и плавиковой кислоты. Активно взаимодействует с маслами, спиртами, эфирами и другими органическими соединениями с образованием зеленой соли, тетрафторида урана белого цвета, уранилфторида и инертных фторуглеродов. Оксиды урана - при обычных условиях устойчивые соединения, нерастворимы в воде. Плотность порошка - до 2,5 г/см3, таблеток - до 11 г/см3, температура плавления - свыше 2000 оС. Диоксид урана (UO2) - порошок или таблетки черного или темно-коричневого цвета, закись-окись урана (U3О8) - порошок от темно-коричневого до черного цвета с содержанием урана до 84%, трехокись урана (UО3) - желтый порошок.

Диоксид плутония (РuО2)- мелкокристаллический порошок темного или темно-зеленого цвета. Температура плавления – 2240оС. Нерастворим в воде и минеральных кислотах. Диоксид плутония - ядерноопасный делящийся материал. Минимальное значение критической массы для смеси диоксида плутония и воды - 500 г.

Летальные реакции клеток. Формы клеточной гибели при облучении.

В радиобиологии принято различать две формы гибели клеток: репродуктивную и интерфазную гибель. Под репродуктивной гибелью подразумевается утрата клеткой способности к неограниченному размножению (пролиферации), т.е. к образованию клона. Репродуктивная гибель клеток заключается в необратимой потере способности к делению, облученными клетками или их потомками. Репродуктивная гибель клеток имеет место при относительно невысоких дозах облучения.  Этот радиобиологический эффект хорошо изучен количественными методами на различных типах клеток. Репродуктивная гибель делящихся клеток происходит не сразу после облучения, а постепенно, в процессе нескольких циклов деления. Так показано, что при облучении культуры фибробластов мышей в дозе 4 Гр, около 80 % клеток заканчивали 1 деление, а второе и третье деление завершали только 30 % начавшихся делиться клеток. Репродуктивная гибель клеток проявляется в образовании гигантских клеток в результате слияния нескольких клеток или при длительной задержке цитокинеза.

  Вторая форма радиационной гибели клеток - интерфазная гибель - наступает при облучении клеток высокими дозами радиации. Интерфазная гибель клетки обуславливается появлением  в ее структуре значительных нарушений, после которых она теряет способность к функционированию как живая система. При очень высоких поглощенных дозах ( сотни и тысячи Грей) гибель клеток наступает мгновенно или вскоре после облучения. В диапазоне небольших доз ( до 10 Гр для клеток млекопитающих) гибель клеток наступает в первые часы после облучения. Интерфазную гибель клеток можно зарегистрировать  цитологическими методами: на препаратах облученных клеток хорошо видны различные дегенеративные изменения в структуре (лизис ядра, разрывы мембран, хромосомные аберрации ). У мертвых клеток изменяются биохимические и физиологические параметры:  теряется избирательная проницаемость плазмалеммы, активируются гидролитические ферменты, подавляется процесс клеточного дыхания. Одним из универсальных показателей интерфазной гибели клеток является окрашиваемость цитоаплазмы клеток различными  красителями. Окрашивание цитоплазмы связано с потерей избирательной проницаемости клеточной мембраны, и неспособностью мертвой клетки удалять из цитоплазмы красители.

 При анализе облученной популяции клеток, можно руководствоваться следующей закономерностью: чем выше поглощенная доза и радиочувствительность клеток, тем  выше вероятность интерфазной гибели этих клеток.

 Детальные механизмы,  вызывающие репродуктивную и интерфазную гибель клеток остаются пока невыясненными. Предполагается, что основной причиной репродуктивной гибели клеток являются структурные повреждения молекул нуклеиновых кислот, в первую очередь, хромосомной ДНК. Такие повреждения легко обнаруживаются цитологическими методами в виде различных хромосомных перестроек (аберраций). Основными типами таких аберраций являются фрагментация хромосом, образование различных межхромосомных стяжек, появление кольцевых хромосом,  внутри и межхромосомный обмен участками. Аберрации нарушают процесс деления ядра и клетки, приводят к частичной утрате генетического материала и клетка гибнет из-за неспособности синтезировать белковые молекулы.

Интерфазная гибель клеток наступает вследствие многочисленных структурных нарушений, в первую очередь нарушений в структуре мембран, приводящей к потере клеточного гомеостаза. Предполагается,  в интерфазной гибели клеток большую роль играют гидролитические ферменты, которые  расщепляют молекулы белков и нуклеиновых кислот. Более подробно механизмы клеточной гибели будут рассмотрены ниже.


На главную