Актиниды Актиний Применение тория Химически уран Изотоп уран-233 Нептуний Плутоний

Химические свойства радиоактивных элементов

Радиоактивное облучение организма разделяется на внешнее и внутреннее. Внешнее облучение вызывается внешними по отношению к организму источниками излучения. Внутреннее облучение проявляется при воздействии ионизирующих излучений попадающих внутрь организма радиоактивных веществ (радиоактивные загрязнения кожного покрова человека относятся к смешанному типу воздействия). Для каждой группы особо чувствительных к облучению органов человека устанавливаются допустимые дозы внешнего и внутреннего облучения, отдельно для работающего персонала и населения.

Изотоп уран-233 с периодом полураспада 162000 лет не встречается в природе. Его можно получить из тория-232, облучением нейтронами, на подобие производства плутония:

232Th + n — 233Th — (22.2 мин, в-распад) — 233Pa — (27.0 дней, в-распад) — 233U Наряду с этой, может протекать двухстадийная побочная реакция, венчающаяся образованием 232U:

232Th + n — 231Th + 2n, 231Th — (25.5 ч, P) — 231Pa + n — 232Pa — (1.31 дней, P) — 232U.

Наработка 232U в ходе этой реакции зависит от присутствия в значительных количествах быстрых нейтронов, ибо сечение первой реакции этого цикла слишком мало для тепловых скоростей. Если в исходном веществе находится 230Th, то образование 232U дополняется реакцией: 230Th + n — 231Th и далее как указано выше. Наличие 232U очень важно из-за последовательности распада: 232U — (76 лет, а-распад) — 238Th — (1.913 лет, а-распад) -> 224Ra — (3.64 дней, а- и у- распад) —220Rn — (55.6 с, а-распад) — 216Po — (0.155 с, а-распад) — 212Pb — (10.64 ч, Р- и у- 212 208 212 -7 распад) — Bi — (60.6 мин, Р- и у-распад) — 212Po а- и у-распад) — 208Tl, 212Po —* (3x10- с, а- распад) — 208Pb (стабилен), 208Tl —> (3.06 мин, Р- и у-распад) —> Pb. Большое количество энергичных у-лучей выделяется с началом быстрой последовательности распада 224Ra. Около 85% всей общей энергии образуется при распаде последнего члена последовательности - тантала-208 - энергия гамма-лучей до 2.6 МэВ.

Накопление U неизбежно при производстве U. Это аналогично накоплению помимо 239Pu других изотопов плутония, только в гораздо меньшей степени. Первая реакция цикла требует нейтронов с энергией не менее 6 МэВ. Такими энергиями обладает очень небольшое количество нейтронов деления и если зона воспроизводства тория находится в такой части реактора, где она облучается умеренно быстрыми нейтронами (~ 500 кэВ) эта реакция может быть практически исключена. Вторая реакция (с Th) превосходно идет и с тепловыми нейтронами. Отсюда снижение образования 232U требует загрузки тория с минимальной концентрацией 230Th.

Вышеописанные меры предосторожности ведут к содержанию в оружейном U U в количестве 5 частей на миллион (0.0005%). В коммерческом ядерном топливном цикле сосредоточение 232U не представляет собой большого недостатка, даже желательно, поскольку это снижает возможность распространения урана для оружейных целей. Для экономии топлива, после его переработки и повторного использования уровень 232U достигает 0.1-0.2%. В специально спроектированных системах этот изотоп накапливается в концентрациях 0.5-1%. В течение первых пары лет после производства U, содержащего U, Th сохраняется на постоянном уровне, находясь в равновесии с собственным распадом. В этом периоде фоновое значение у-излучения устанавливается и стабилизируется. Таким образом, первые несколько лет произведенная масса 233U может испускать значительное у-излучение. Десятикилограммовая сфера 233U оружейной чистоты (5 миллионных долей 232U) создает фон 11 миллибэр/час на расстоянии 1 м спустя 1 месяц после производства, 110 миллибэр/ч через год, 200 миллибэр/ч через 2 года. Обычная камера с перчатками, используемая для сборки ядер бомб, быстро создает трудности с безопасностью для сотрудников. Ежегодная предельная доза в 5 бэр превышается уже через 25 часов работы с таким материалом. Даже свежий 233U (1 месяц со дня изготовления) ограничивает время сборки десятью часами в неделю. В полностью собранном оружии уровень радиации может снижаться поглощением корпусом заряда. В современных облегченных устройствах снижение не превышает 10 раз, создавая проблемы с безопасностью. В более тяжеловесных зарядах поглощение много более сильное - в 100 - 1000 раз. Рефлектор из бериллия увеличивает уровень нейтронного фона:

Be + у-квант — Be + n. у-лучи U образуют характерную сигнатуру, их можно обнаружить и отследить передвижения и наличие атомного заряда. Производимый по ториевому циклу специально денатурировонный JJU (0.5 - 1.0% 2J2U), создает еще большую опасность. Такая же 10- килограмовая сфера, как описанная выше, изготовленная из такого материала, на расстоянии 1 м через 1 месяц создает фон 11 бэр/час, 110 бэр/ч через год и 200 бэр/ч через 2 года. Обработка и изготовление такого урана идет в специальных боксах, с применением механических манипуляторов (они используются при создании тепловыделяющих сборок для атомных станций). Если попытаться произвести атомную бомбу из этого вещества, даже при сокращении излучения в 1000 раз, непосредственный контакт с таким изделием ограничивается 25 часами в год. Наличие заметной доли 232U в делящемся веществе делает его крайне неудобным для военного применения.

Под воздействием ионизирующего излучения, испускаемого радиоактивными элементами, происходят изменения в жизнедеятельности и структуре живых организмов. Радиоактивные вещества загрязняют окружающее пространство, оборудование, рабочие помещения и воздух в них. Загрязнённость радиоактивными веществами воздуха и воды выражают в единицах кюри, а загрязнённость поверхностей - числом частиц (?- или ?-), испускаемых с единицы поверхности в минуту, или числом импульсов, регистрируемых радиометрическими приборами в мин/см2.
Расчет разветвленной цепи постоянного тока http://v-garant.ru/
Химические свойства радиоактивных элементов