Чем опасна радиация в космосе и при взрыве на АЭС

25 апреля человечество отмечает годовщину Чернобыльской катастрофы – крупнейшей в истории аварии на ядерной электростанции. Именно она научила нас бояться радиации. В космосе также немало ионизирующего излучения, которое угрожает астронавтам. Однако между тем, чего надо бояться в первом и во втором случаях, есть существенная разница.

Радиация
Радиация

Всякая ли радиация смертельна?

В апреле 1986 года Украина пережила крупнейшую в истории аварию на ядерной электростанции. Четвертый энергоблок Чернобыльской АЭС нанес нашему государству травму, которая не заживет еще много десятилетий. Однако сейчас над нашим государством нависла новая опасность, которая заставляет вспомнить об опасности радиации.

После того как российские оккупанты взорвали плотину Каховской ГЭС и устроили экологическую катастрофу, многие стали опасаться того, что следующей их целью станет Запорожская АЭС. Она находится под их контролем, и захватчики в любой момент могут попытаться устроить серьезную аварию.

В связи с этим все больше людей начинают вспоминать об опасности радиации. Однако большинство населения до сих пор не понимает, чего же именно надо бояться. Поэтому стоит этот вопрос разобрать подробнее.

Сам по себе термин «радиация» в том виде, в котором его употребляют в большинстве случаев, абсолютно неправильный. Это латинское слово означает всего лишь «излучение». В физике им обозначают любые частицы, вылетающие из определенного источника. В этом плане свет от Солнца также является радиацией, хотя никто обычно не считает его опасным.

То, чего все не без причины боятся, правильно называть ионизирующим излучением. К нему относят все частицы, которые имеют энергию выше 10 электрон-вольт. При столкновении с веществом они способны разрушать химические связи, превращая молекулы в ионы, откуда и происходит название.

Типы радиации
Типы радиации. Источник: Википедия

К ионизирующему излучению относятся потоки протонов, нейтронов, мюонов, электронов и даже некоторых ионов — например, α-частиц, то есть ядер гелия. А также высокоэнергетическая часть электромагнитного спектра: «жесткое» ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение. Эти виды радиации действительно могут причинить немало вреда.

Доза радиации

Впрочем, с потоками заряженных частиц не все так просто. Энергия, которую несет в себе каждая отдельная частица, не может привести к каким-то фатальным последствиям в такой большой системе, как организм человека. Здесь ключевое значение имеет то, какое количество энергии от ионизирующего излучения поглотил объем материала за определенное время. Эту величину в общем случае называют дозой радиации.

Но и она еще не является решающей. Количество и энергетический спектр частиц ионизирующего излучения изменяется хаотично. К тому же не всю свою энергию они передают веществу. Поэтому существует сразу несколько различных доз.

Первая из них — экспозиционная. Она является мерой того, насколько излучение ионизирует молекулы сухого воздуха. Поскольку ионы являются заряженными частицами, то сам процесс, по сути, есть накоплением заряда. Следовательно, экспозиционная доза определяется как суммарный заряд, который в результате облучения приобрели ионы воздуха в одном его килограмме, и измеряется в кулонах на килограмм. Хотя гораздо чаще можно встретить совсем другую единицу измерения — рентген. Он равен 2,58⋅10⁻⁴ Кл/кг.

Прибор для измерения радиационного фон
Прибор для измерения радиационного фона. Источник: www.flyability.com

С этой дозой люди сталкиваются чаще всего. Каждый раз, когда в прогнозе погоды нам сообщают, что радиационный фон составляет какое-то количество микрорентген в час, мы узнаем именно экспозиционную дозу, которую получает воздух определенного региона за единицу времени.

Однако твердые тела, в том числе и человеческие, поглощают ионизирующее излучение не так, как газы. В них начальный импульс от попадания частиц приводит к запуску целого ряда процессов, которые довольно непросто учесть. Поэтому к ним применяют другую дозу — поглощенную. Она определяется как количество энергии, которую излучение передало единице массы тела. Основная единица измерения такой дозы — грей, равный одному джоулю энергии на килограмм массы. Также используется рад, что составляет сотую долю грея.

Какая доза безопасна?

Но когда речь заходит о влиянии радиации на живых существ, используется третья доза — эквивалентная. Ее появление вызвано тем фактом, что разные виды ионизирующего излучения при одной и той же энергии по-разному влияют на материалы, которыми поглощаются. Чем тяжелее частица, тем больше вреда она наносит.

Поэтому эквивалентная доза определяется как поглощенная, умноженная на определенный коэффициент. Для фотонов ультрафиолетового, рентгеновского и γ-излучения, а также электронов и мюонов он равен единице. То есть для них эта величина равна поглощенной дозе.

Ожог от ионизирующего излучения на руке
Ожог от ионизирующего излучения на руке. Источник: journal.medizzy.com

Для более тяжелых протонов этот коэффициент равен 2, а для α-частиц — вообще 20. Для нейтронов же он является переменным и варьируется между 2,5 и 20,7. Численно же эквивалентная доза тоже измеряется в джоулях на килограмм, только здесь эта единица называется зивертом. Существует также внесистемная единица — бер (биологический эквивалент рентгена), равная сотой доле зиверта.

Именно об эквивалентной дозе в зивертах (обозначаются Зв) — точнее, в милизивертах — обычно говорят, когда речь идет о вреде здоровью, которую человек может получить в результате посещения рентген-кабинета, полетов в космос или аварии на атомных электростанциях.

Считается, что каждый человек на Земле в среднем получает 3 мЗв радиации в год, хотя некоторые люди могут получать значительно больше. Эта радиация накапливается в течение жизни. Вероятно, некоторые недуги, возникающие в старости, связаны именно с фактом этого естественного облучения, однако мы от него никуда не денемся.

А вот ускорить наступление этих болезней вследствие пребывания рядом с источниками ионизирующего излучения вполне возможно. Поэтому люди, чья деятельность с ними связана, тщательно следят за тем, как растет накопленная ими доза.

Но бывают и совсем экстремальные случаи, когда интенсивность ионизирующего излучения становится настолько большой, что может вызвать мгновенное поражение организма. В этом случае говорят о четвертой дозе излучения — эффективной.

Во многих случаях даже радиационный фон измеряют в зивертах в час
Во многих случаях даже радиационный фон измеряют в зивертах в час. Источник: Википедия

Как и две предыдущие, она измеряется в зивертах, но определяется отдельно для каждого органа человеческого тела. Связано это с тем, что при сильном облучении возникает огромное количество ионов, которые запускают совершенно аномальные цепочки биохимических реакций, и орган каким-то уникальным образом начинает разрушать себя сам.

В совсем критических случаях наблюдается явление наведенной радиоактивности. Вследствие действия ионизирующего излучения атомы, поглотившие его энергию, сами становятся источником опасного излучения. В таком случае почти всегда все заканчивается острой лучевой болезнью и быстрой мучительной смертью.

Именно поэтому определение безопасной дозы радиации для конкретного человека — крайне непростое дело. Ученые более-менее понимают, при каких случаях тяжелые смертельные болезни практически неизбежны. А вот относительно влияния малых доз до сих пор ведутся исследования. Считается, что при накоплении 1 Зв возникает лучевая болезнь, 4 Зв убивают человека быстро и с высокой вероятностью, а от 8 Зв смерть наступит гарантированно.

Радиация в космосе

Ионизирующее излучение является одной из главных преград при освоении космоса. Оно там повсюду. Большую его часть поглощает атмосфера Земли, благодаря чему из наших 3 мЗв в год только 0,39 мЗв мы получаем от космических лучей. А вот уже для пилотов пассажирских лайнеров эта величина может достичь 2,2 мЗв.

Астронавты же на МКС получают дозу, в 200 раз большую, чем люди на Земле — 0,5–0,7 Зв в сутки. Несколько лет, проведенных на орбите — и в организме накапливается тот самый 1 Зв, после которого врачи начинают видеть признаки лучевой болезни.

Солнце — главный источник радиации в космосе
Солнце — главный источник радиации в космосе. Источник: www.wired.com

И все это — в условиях относительно безопасного в плане ионизирующего излучения участка Вселенной. В ней есть куда более опасные места — например, радиационные пояса планет-гигантов, окрестности нейтронных звезд и черных дыр. Там интенсивность излучения может быть настолько большой, что всего за несколько секунд можно получить смертельную дозу.

Особенностью радиации в космосе является то, что высокоэнергетических частиц в вакууме всегда много, и они представлены всеми видами — от фотонов до ядер гелия и даже более тяжелых элементов. Источники их излучения преимущественно находятся очень далеко, хотя их тоже чрезвычайно много. Ближайший из них — Солнце.

Для астронавтов на околоземной орбите наше светило представляет наибольшую опасность. Ведь на нем происходят взрывы, которые часто «запускают» в сторону нашей планеты не только электромагнитные волны, но и те самые α-частицы, что при подсчете эквивалентной дозы имеют коэффициент 20. К счастью, большинство из них хорошо поглощаются корпусами космических кораблей и орбитальных станций.

А вот высокоэнергетическое электромагнитное излучение задержать очень трудно. Как эта проблема будет решена в будущем — пока непонятно. Возможно, удастся изобрести эффективные средства его экранирования, а возможно, нам помогут лекарства, которые будут предотвращать развитие лучевой болезни, или сама ДНК людей будет изменена таким образом, чтобы они могли жить в космическом пространстве.

Что будет при аварии на АЭС

На первый взгляд, при аварии на атомной электростанции — неважно, будет ли она вызвана ошибкой или злыми намерениями россиян — мы все окажемся в роли астронавтов. Вокруг будет куча радиации, и всем нам придется что-то с этим делать. Однако на самом деле существует ряд очень существенных различий.

Некоторые места в Припяти до сих пор очень радиоактивны
Некоторые места в Припяти до сих пор очень радиоактивны. Источник: trips-to-chernobyl.com

В отличие от космоса, на Земле есть окружающая среда — почва, вода и воздух. Она в определенной степени поглощает радиацию. Поэтому разлет частиц не будет бесконечным. Ионизирующее излучение будет иметь достаточно локальное распространение вокруг его источников.

Проблема заключается в самих источниках. Ими является все, что находится внутри реактора: ядерное топливо, продукты его распада, даже трубы и конструкционные материалы имеют определенную наведенную радиоактивность. Что бывает, когда все это разлетается по большой территории — мы уже видели на примере Чернобыльской катастрофы. Там, где в землю попали куски радиоактивных изотопов, счетчики радиационного фона начинают беситься через много лет после аварии.

Сидеть на земле в таких местах крайне опасно для здоровья, ведь именно здесь рождается огромное количество высокоэнергетических частиц. Как много? Это показывает физическая величина, называемая радиоактивностью. Ее мерой является беккерель — одно событие распада атома в секунду. Как правило, при этом происходит рождение одной радиоактивной частицы.

Уран-235
Уран-235. Источник: Википедия

Так вот, один грамм урана-235, используемого в качестве топлива на атомных электростанциях, имеет радиоактивность в 80 килобеккерелей. То есть в секунду его крошечная крупица рождает 80 тыс. радиоактивных частиц. И значительная их доля достанется человеку, который стоит или сидит рядом.

Однако может быть и худший вариант — когда радиоактивный материал попадает внутрь организма через дыхательные пути или желудок. В этом случае он может годами находиться в каких-то органах, и тогда все высокоэнергетические частицы достаются этому человеку. Беккерели напрямую переходят в зиверты.

Катастрофы может не быть

Собственно, в случае аварии на АЭС все специалисты боятся именно распространения радиоактивных материалов. Правда, сделать это в случае Запорожской АЭС не так просто, как в случае Чернобыльской. Реакторы ВВЭР-1000, работающие на ней, просто не могут взорваться так, как это было в 1986 году. Тогда разрушение вызвал разрыв трубопроводов с перегретым газом, который и разрушил реактор в условиях, когда реакцию в нем не удалось остановить.

Шесть реакторов ВВЭР-1000 Запорожской атомной электростанции
Шесть реакторов ВВЭР-1000 Запорожской атомной электростанции. Источник: Planet Labs

В случае ВВЭР-1000 такая ситуация просто не может возникнуть. Даже если по каким-то причинам остановится система охлаждения (что даже специально сделать не так просто), то реактор не взорвется, а расплавится. И даже в этом случае угроза выхода радиоактивных веществ за его пределы будет минимальной. Дело в том, что этот тип — в отличие от реакторов РБМК, установленных на Чернобыльской АЭС — имеет прочный корпус, специально рассчитанный на то, чтобы удерживать в себе опасные материалы в случае аварии.

Конечно, если оккупанты твердо решат устроить глобальную катастрофу, 100-процентно надежной защиты от их «изобретательности» никто не даст. Однако если они попытаются кардинально изменить технологические процессы на станции или разместить под реакторами десятки тонн взрывчатки, скрыть это будет крайне трудно. Остается надеяться, что в таком случае международное сообщество найдет способ нейтрализовать угрозу перед тем, как она воплотится в жизнь.

Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!

Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine