1 Радиоактивность и радиационная безопасность Прооблемы Уральского Региона В.М. Жуковский УрГУ Екатеринбург, пр. Ленина, 51.

2 Антуан Анри Беккерель ПЕРВООТКРЫВАТЕЛИ Открытие P/A, 1896 Вильгельм Конрад Рентген Х- лучи, 1895 Мария и Пьер Кюри Нобелевская премия по физике 1-я Нобелевская премия по физике (1901) (1903)

3 Аппаратура Рентгена Электроскоп

4 Разрядная трубка Схема опыта Резерфорда Джеймс Чадвик Д.И. Менделеев Демокрит Фредерик Содди Эрнст Резерфорд Ученые

5 ПОСЛЕДСТВИЯ α-, β- и γ-излучения в магнитном поле А. Эйнштейн А. Белый Революция в научноом мировоззрении: Крах концепции неделимости атомов. Крах представлений о неизменяемости химических элементов. Установление генетической связи между отдельными химическими элементами, Единство химической материи Вселенной. Открыт принципиально новый и мощный источник энергии (атомной). Создание квантовой механики, теории относительности и др. новых теорий. Единство вещественной и полевой форм материи (E=mC 2 ). Действие ионизирующих излучений на живые организмы. Этика науки.

6 В.И. Вернадский ( ) Радиогеология и разведка ресурсов. Создание научноых структур. Поддержка молодых ученых Формулировка этических принципов. Просвещение власть предержащих и общества. КЕПС -Комиссия по изучению естественных производительных сил России Радиоактивные семейства: Th-232, t 1/2 =1, лет, конечный продукт Pb-208; Роль радия: Ra-226, полураспад - t = 1622 г. Ионизирующие излучения α, β и γ. Строение атомных ядер и ядерные реакции: N + α O + p (Резерфорд -1919), Be + α C + n (Чедвик-1932) U-238, t 1/2 = 4, лет, конечный продукт Pb-206; U-235, t 1/2 = лет, конечный продукт Pb-207

7 ИСКУССТВЕННАЯ РАДИОАКТИВНОСТЬ Al + α P* + n, P* Si + (e+) – И. и Ф. Жолио-Кюри; Al + n Na* + α; P + n Si* + p. - Э. Ферми. U-235 +n осколки деления + (2-3) n. - О.Ган и Ф.Штрассман. Отто Ган. Эрнст Резерфорд И.Ж. КюриЛ. МейтнерФ.Ж. КюриЭ. Ферми

8 Первый реактор и первая АБ: Письмо А. Эйнштейна - Ф.Д. Рузвельту ; Пуск первого ядерного реактора – Э. Ферми Чикаго; Первое испытание атомной бомбы , Аламагордо АБ «Малыш», сброшена на Хиросиму ( ). АБ «Толстяк», сброшена на Нагасаки ( ).

9 Атомная программа СССР Г.Н. Флеров А.И. АлихановИ.К. КикоинЛ.А. АрцимовичК.И. ЩелкинЮ.Б. Харитон И.В. Курчатов Нач. ПГУ Б.Л. Ванников А.П. Завенягин Испытание - Семипалатинский полигон Ю.Б. Харитон с макетом бомбы РДС-1 Письмо Г.Н. Флерова – И.В. Сталину – апрель 1942 г; Сведения от Дж.Кэрнкросса, Кл. Фукса, Б.Понтекорво; Назначение И.В. Курчатова научно. рук. Программы –1943 г;

10 Типы излучений: α, β, γnpтяжелые ионы Поглощение различных типов излучений Пробег α-частиц в воздухе Активность:A = – dN /dt = λN t 1/2 = 0,693/ λ или 1 Бк = 2,7۰ Ки. 1 Ки = 3,7۰10 10 Бк Поглощенная доза (D):грей (Гр) = 1Дж/кг 1 Гр =100 рад 1 рад =100 эрг/г 5 Гр = LD/2 Эквивалентная доза (H):H = W R D R Излучение типа R: W R - рад. весовой коэф: αγβp n (медл.) n (быстр.) Ионизирующие излучения и дозы ооблучения

11 Естественный радиационный фон Космическое излучение: Первичное - p~90% и α ~10% Вторичное – p, n, e, hv, тяжелые ионы Природный ЯР Естественные радионуклиды: 232 Th 235 U 238 U 40 К γ - излучатель Каньон Внутри природного ЯР 15 Время работы габонских реакторов - порядка 1 млн. лет Семейства

12 Прооблема радона: 222 Rn t 1/2 = 3,854 сут.торон 220 Rn t 1/2 =54,5 сек. Короткоживущие: 218 Po, 214 Pb, 214 Bi, 214 Po, 216 Po, 212 Pb, 212 Bi, 212 Po, 208 Tl - аэрозоли Парацельс Агрикола Шнеебергская легочная болезнь XV век! Г. Яхимов – 1516 г, серебряные рудники и монетный двор; 1906 г: 1-й радоновый курорт. Санаторий **** Радиум Палас

Ra 88 « ФЕРГАНСКОЕ ОБЩЕСТВО» Бедные Тюя-Муюнские руды: U, V, Cu и Ra U 3 O 8 – 1,6%, V 2 O 5 – 5,0%, CuO – 3,55%: 40,9 т Остатки от переработки: 1-й С, 16,2 т, 34,7 мг Ra/т; 2-й С, 53, 5 т, 23,9-20,0 мг Ra/т; 3-й С, 53, 0 т, 18,2 мг Ra/т Первый Ra России Бородовский В.А. ( ) Коловрат-Червинский Л.С. ( ) Богоявленский В.Н. ( ) Хлопин В.Г. ( ) Башилов И.Я. ( ) Глебова В.И. ( ) Т Е Л Е Г РА М М А ПЕРМЬ УРАЛСОВНАРХОЗ. КОПИИ: УСОЛЬЕ ИСПОЛКОМУ, УСОЛЬЕ ЗАВОДОУПРАВЛЕНИЮ БЕРЕЗНИКОВСКОГО ЗАВОДА. ПРЕДПИСЫВАЮ БЕРЕЗНИКОВСКОМУ ЗАВОДУ НЕМЕДЛЕННО НАЧАТЬ РАБОТЫ ПО ОРГАНИЗАЦИИ РАДИЕВОГО ЗАВОДА СОГЛАСНО ПОСТАНОВЛЕНИЮ ВК СОВНАРХОЗА ТОЧКА НЕОБХОДИМЫЕ СРЕДСТВА ОТПУЩЕНЫ СОВНАРХОЗОМ ТОЧКА РАБОТЫ ДОЛЖНЫ ВЕСТИСЬ ПОД УПРАВЛЕНИЕМ И ОТВЕТСТВЕННО- СТЬЮ ИНЖЕНЕРА – ХИМИКА БОГОЯВЛЕНСКОГО ЗАПЯТАЯ КОТОРОМУ ПРЕД- ЛАГАЮ ОКАЗАТЬ ПОЛНОЕ СОДЕЙСТВИЕ

14 ИЗ СОЛИКАМСКА - В БОНДЮГИ (МЕНДЕЛЕЕВСК ) 226 Ra 88 Первый радий – – 4,1 мг RaBr 2 В.Г. Хлопин и М.А. Пасвик УХТИНСКАЯ НЕФТЬ М.К. СидоровА.Г. Гансберг Сидоровская скважина УХТИНСКИЙ РАДИЙ: Скв. «Казенная 1», - 7,6·10-9 г Ra/л. Осадок сульфата бария – 144 мг Ra/т. Освоение Севера: Постановление Политбюро ЦК ВКП(б) от 27 июня 1929 г П 86/11 сс «Об использовании труда уголовно-заключенных».

15 ИЗ СОЛОВКОВ - В РЕСПУБЛИКУ КОМИ 226 Ra июня 1929 г. создано Управление северных лагерей особого назначения ОГПУ (УСЕВЛОН). Уже на р. Ухта из СЛОНа прибыла первая партия Ухтинской экспедиции УСЕВЛОНа – руководитель С. В. Сидоров. Вторая партия прибыла – руководитель Я. М. Мороз. ЦЕЛИ: добыча нефти и радия (р. Ухта) и угля (р. Воркута). Соловки Я. М. Мороз. Начальник Ухтпечлага гг. Ф.А. ТороповИ.Я. Башилов, 1937И.Я. Башилов, 1951

Ra 88 Рождение «Водного Промысла» , скважина «Казенная» 1; технология не имеет аналогов в мировой практике; создана на Крайнем Севере, репрессированными из подручных материалов; «Водный промысел» - первое промышленное РХ производство СССР. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА: Добыча радиоактивной воды; Выделение из воды «Ухтинского» концентрата Ba(Ra)SO 4 ; Углетермический перевод сульфатов в хлориды; Дробная кристаллизация хлоридов; Дробная кристаллизация бромидов – готовая продукция. Буровая и водоводы Строительство химзавода 1 УХТИНСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

17 Монтаж отстойных чанов химзавода 1 – 1931 г. 226 Ra 88 Остатки химзавода 10 – конец 50-х гг. ВСЕГО: сотни скважин, 12 химзаводов и 3 отдельных установки по переработке воды в радиусе 40 км от центрального завода – завода по извлечению Ra из концентратов. Вода шла самотеком, поднималась эрлифтом или выкачивалась.

18 Получение первичного концентрата 226 Ra 88 CaSO 4 + Ba(Ra)Cl 2 = CaCl 2 + Ba(Ra)SO 4 (осадок) УГЛЕЖЖЕНИЕ Подготовка древесины Медленное горение дров при недостатке воздуха

Ra 88 УЧАСТОК ОБЖИГА Сырье, уголь, BaCl 2, р-р CaCl 2 опилки Бегуны Сырая смесь Обжиговая печь Черный отвал отвал Центрифуга Щелока Углетермическая обработка радиевого концентрата во вращающейся муфельной печи, 30-е гг. Позднее (в 50-е гг.) муфеля были существенно крупнее. Обжиг - 900° C, 5-6 ч. Ba(Ra)SO 4 + 2C + CaCl 2 = Ba(Ra)Cl 2 + CaS + 2CO 2 Ba(Ra)SO 4 + CaCl 2 = Ba(Ra)Cl 2 + CaSO 4 Выщелачивание

20 Дробная кристаллизация 226 Ra 88 На каждой стадии кристаллизации выделялось около трети кристаллов Ba(Ra)Cl 2 с коэффициентом обогащения по Ra, равным 2.

21 Схемы кристаллизации 226 Ra 88 Зависимость коэффициента обогащения от степени выделения кристаллической фазы BaCl 2.

22 Разработчики технологии Заведующий хим. лабораторией Ф.А. Торопов (слева) и химик Н.П. Страхов, начало 30-х гг. 226 Ra 88 Ф.А. ТороповН.Е. Волков и Г.А. Разуваев 80-е гг г. Г.А. Разуваев 70-е гг г. АН на Водном: Ф.А. Торопов, Е.А. Ферсман, Н.В. Дорофеев, В.Г. Хлопин, Д.С. Рождественский, Н.Н. Славянов, И.Я. Башилов

23 География Водного промысла 226 Ra 88

24 Заслуги Водного промысла 226 Ra 88 Богатейшие руды Канады и Бельгийского Конго: 4-6 т 1 г Ra; Водный 1 г Ra из т сырья! М. Кюри, переработав 8 т руды Иоахимсталя, получила 1 г Ra. Основные центры добычи Ra: Австрия (Чехия), США, Северная Канада, Бельгия (руды Бельгийского Конго), Швеция, Франция, СССР. Количество добытого во всем мире радия оценивают в пределах 2500 – 3000 граммов. На Водном Промысле за все время его работы было получено около 600 г Ra. В.И. Вернадский и Е.А. Ферсман Поэзия – та же добыча радия. В грамм добыча, в год труды. Изводишь, единого слова ради, Тысячи тонн словесной руды. В. Маяковский

25 Люди 226 Ra 88 В сквере Новый год 1951 Э.Э. Россель Н.Н. Дахно и И.И. Колотий 1984Встреча ИТР Фотограф

26 Последствия 226 Ra 88

взрыва 1826 взрывов Число испытаний Мощность испытаний А.Д. Сахаров Э. Теллер Полигоны Ядерное оружие

28 Биологическое действие ИИ Гипотеза ЛБД Долевые вклады в дозы (США) Долевые вклады по России: Все природные источники – 85,7% Вся медицина – 14,29% Остальное (последствия аварии на ЧАЭС, яд. испытания, яд. источники в норме <0,01% Генетические последствия не доказаны Гормезис

29 Уральский регион Атомная промышленность: «Маяк», БАЭС, УЭХК, «Электрохимприбор», ПЗРО «Радон», «Уралмонацит». Штатные выбросы и аварии: загрязнение р. Течи, ВУРС, ветровой разнос с о. Карачай. Полигоны: Новоземельский, Семипалатинский, Тоцкий; «мирные» ядерные взрывы. Повышенный природный фон: 238 U, 232 Th, 226 Ra, 220 Rn, 222 Rn. Каскад водоемов-отстойников ПО «Маяк».

30 Последствия деятельности ПО «Маяк» -1 Водоем 4 (Метлинский пруд)Дети на берегу р. Течи Cs-137 в донных отложениях реки Течи

31 Последствия деятельности ПО «Маяк» -2 Засыпка о. Карачай Схема ВУРС, изолинии - Sr-90 ГБк/км 2 Защита от Радиации АБВ Г

32 Авария на ЧАЭС - 1 Схема реактора ВВЭР (PWR) Схема реактора РБМК-1000

33 Авария на ЧАЭС - 2 Взрыв реактора 4-го обл. ЧАЭС: 1 ч 23 мин Ошибки персонала. Гендиректор МАГАТЭ Х. Бликс: «причиной аварии были совершенно невероятные, как мы считаем, ошибки, допущенные операторами АЭС» Из 211 штатных было выведено не менее 204 ! управляющих стержней Два взрыва 4-й облок после аварии Мощность (N p ) и реактивность (R оп )

34 Авария на ЧАЭС - 3 Схема 4-го облока после аварии Роза ветров в Чернобыле – г Ликвидаторы академик В.А. Легасов

35 Авария на ЧАЭС ОЛБ – 134 чел.; в ранние сроки погиб 31 чел. и за 10 лет - еще 14. Риск фатальных онкозаболеваний среди населения не более 670 чел. На 2006 г живы 86 чел. Д-р З. Яворовски и НКДАР ООН : Е. Масюк:... за 13 лет от лучевой болезни погиобло чел, а от последствий ЧА аварии – еще человек. Атомпром – весь срок < 400 РА инц, Радиационные поражения < 800 чел. Умерли (включая жертвы аварии на ЧАЭС) от радиац. поражений 71 чел.

36 Химия и радиация Атм. воздух в городах Причины Чел. млн.Риски Смерт/ г Все причины 69 (муж)1,5· Несчастные случаи 69 (муж)3,4· Сильное загряз. возд. типич. загрязнителями Загряз воздуха хим. канцер. (мониторинг в гг. России ) Москва Санкт-Петербург 50 8,6 4, ,4 Насел. зоны ПО «Маяк »0,215,3· ,3· ,4 Насел. Челябинска и Магнитогорска от загряз. воздуха взв. веществами, этилбензолом 1,583,3· ,0· ,0· ,2 Насел. зоны ГХК0,226· ·10 -7 * <3*

37 Энергетика, химия и радиация Потерянные годы жизни, чел.-лет/ТВт·ч выработанной электроэнергии Хим. риски и РА Канц. риски

38 Прооблемы ОЯТ Активность накопленного ОЯТ Состав ЯТ и ОЯТ Доля зарубежного ОЯТ

39 Прооблемы ОЯТ -2 Совокупная мощность АЭС (МВт) Состав ОЯТ Снижение активности ОЯТ Мировой прогноз по ОЯТ

40

41 Районы оцененных рисков в Свердловской ообласти