В геологической истории биосферы перед человеком открывается огромное будущее, если он поймет это и не будет употреблять свой разум и свой труд на самоистребление.
В.И. Вернадский
Помимо радионуклидов, имеющих природное происхождение, о которых шла речь в предыдущих главах, в настоящее время в окружающей среде присутствует большое количество искусственных (антропогенных) радионуклидов. Они возникают при проведении людьми искусственных ядерных реакций. Со второй половины XX в. геохимическое и экологическое значение этой группы радионуклидов сопоставимо со значением природных радионуклидов. Поступление в окружающую среду искусственных радионуклидов нередко вызывает значительное повышение природного радиационного фона. Первое серьезное загрязнение окружающей среды искусственными радионуклидами произошло в 1945 г. после взрывов американских атомных бомб над японскими городами Хиросима и Нагасаки. Основными ядерными реакциями, которые приводят к возникновению большого количества искусственных радионуклидов, являются деление ядер, ядерный синтез и нейтронная активация.
Индуцированное нейтронами деление ядер - это самый важный источник искусственных радионуклидов. Управляемая реакция деления используется в ядерных реакторах, неуправляемая - при ядерных взрывах. При делении ядра образуется два новых радиоактивных (осколочных) ядра, несколько нейтронов и выделяется большая энергия (см. гл. 1):
Х =
Х1 +
Х2 +
yn +
E. Распределение осколочных радионуклидов по массовым числам асимметрично, с двумя максимумами в области интервалов 85 - 105 и 130 - 150 единиц массы. Выход продуктов деления в этих областях обычно составляет 6 - 7%. Первичные продукты деления часто являются начальными звеньями цепочек распада, в которых дочерние радионуклиды нередко имеют большие периоды полу-
231
распада, чем материнские. В связи с образованием цепочек распада суммарный выход всех радионуклидов составляет около 200%.
Реакции ядерного синтеза происходят при слиянии ядер малой массы в ходе экзотермической ядерной реакции. Примером может служить одна из таких реакций, используемая в водородных бомбах:
Н +
Н =
Не +
n + 17,6 МэВ. Для осуществления термоядерной реакции исходные ядра должны иметь высокую энергию (температуру), что достигается за счет реакции деления, которая в этом случае применяется в качестве запала.
Реакции нейтронной активации заключаются во взаимодействии нейтронов, образующихся при реакциях деления и синтеза, со стабильными атомами окружающей среды и конструкционных материалов. Простейшим типом такой реакции является реакция (n, γ). Примером может служить реакция образования 134Cs из стабильного продукта деления 133Cs: 133Cs (n , γ) 134Cs.
Активации подвергается и ядерное топливо. Образующиеся при этом ядра других изотопов урана или трансурановых элементов радиоактивны. В результате последующих бета-распадов возникают все более тяжелые трансурановые элементы. Так, нейтронная активация 238U дает начало образования "оружейного" 239Рu:
U +
n →
U →
Np + β →
Pu + β.
В настоящее время основными источниками поступления искусственных радионуклидов в биосферу являются следующие процессы.
- Неуправляемые ядерные реакции: а) испытания ядерного оружия и б) технические ядерные взрывы (сейсмическое зондирование, создание плотин, дробление руды, создание подземных хранилищ газа и др.).
- Управляемые ядерные реакции, осуществляемые в ядерных реакторах: атомных электростанций (АЭС), атомного морского флота, научно-исследовательских реакторах.
- Переработка отработанного ядерного топлива на радиохимических заводах (РХЗ).
- Захоронение отходов атомной промышленности.
- Аварии на предприятиях атомной промышленности.
232
