книги из ГПНТБ / Быховский, А. В. Горячие аэрозольные частицы при техническом использовании атомной энергии

а т о м и з д а т

МОСКВА 1974

УДК 54-138 : 539.16

Э КІі'-М П Л Я Р ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛА

И - / Л Я Г

Б ы х о в с к и й А. В., 3 а р а е в О. М. Горячие аэрозоль­ ные частицы при техническом использовании атомной энергии.

М., Атомиздат, 1974, 256 с.

Книга посвящена 'широкому кругу вопросов обеспечения радиационной безопасности при загрязнении воздушной среды высокоактивными аэрозольными частицами. В ней изложены современные представления о радиационной опасности аэрозо­ лей и об особенностях ее оценки и контроля, связанных с при­ сутствием горячих частиц в составе радиоактивных аэродисперсных систем. Рассмотрены основные механизмы образова­ ния горячих аэрозольных частиц при техническом использова­ нии атомной энергии, в частности на ядерных реакторах и мощных гамма-установках, а также при регенерации и обра­ ботке ядерного горючего.

Показано, что изучение удельной активности и состава не­ активных компонентов горячих частиц позволяет своевре­ менно выявлять источники загрязнения воздуха производст­ венных помещений радиоактивными аэрозолями.

Книга предназначена для физиков, инженеров и гигие­ нистов, изучающих вопросы возникновения радиоактивных аэрозолей и профилактики аэрозольных поражений. Она бу­ дет полезна аспирантам и студентам старших курсов инсти­ тутов соответствующего профиля.

Рисунков 52, таблиц 23, библиография 55 наименований.

21002— 087

ОТ АВТОРОВ

Опыт использования атомной энергии — наглядный пример того, что человечество не только способно, но и фактически может поставить под свой контроль новые грозные виды опасности, возникающие в ходе современ­ ной научно-технической революции. По авторитетному мнению комитета экспертов Всемирной организации здравоохранения, защитные мероприятия против радиа­ ционной опасности разработаны в настоящее время в большей степени, чем против других вредных агентов, воздействующих на человечество с незапамятных времен.

Достигнутые успехи — следствие интенсивного науч­ ного развития. Они отнюдь не означают, что исчерпаны и разрешены все вопросы радиационной гигиены и радиа­ ционной безопасности. Представляется очевидным, что для дальнейшего развития гигиенической науки и повы­ шения надежности мероприятий по обеспечению радиа­ ционной безопасности требуется углубление знаний об особенностях воздействия различных радиационных факторов на организм человека. В этой области особен­ но интенсивному изучению подвергся за последние годы

метровых или субмикрометровых размеров, которые об­ ладают на несколько порядков большей абсолютной активностью, чем средняя активность частиц данного аэрозоля ’. При длительной фиксации они могут вызвать

1 Абсолютная активность горячих частиц может достигать

10-1°—К)-8 кюри/частица.

3

локальное облучение прилегающих биологических тка­ ней в дозах, измеряющихся тысячами рад и выше. Воз­ никновение горячих аэрозольных частиц стало возмож­ но лишь тогда, когда в результате развития атомной техники были получены радиоактивные вещества с весь­ ма высокой удельной активностью, достигающей десят­ ков и сотен кюри на 1 г. Естественные радиоактивные аэрозоли с такой высокой удельной активностью никог­ да не наблюдались.

С 1954—1955 гг., когда в атмосферном воздухе впер­ вые были обнаружены горячие аэрозольные частицы, возникшие в результате ядерных взрывов [1—3], растет интерес к изучению этой проблемы в радиационноги­ гиеническом, физико-химическом и геофизическом ас­ пектах [4]. Получены убедительные данные о канцеро­ генных эффектах массивного воздействия радиоактив­ ных аэрозолей на организм человека, что в еще боль­ шей мере увеличивает значение исследований по углуб­ ленной оценке радиоактивных аэрозолей с тщательным учетом свойств отдельных пылевых частиц.

Общим характеристикам нерадиоактивных и радио­ активных аэрозолей и методам их измерения посвяще­ ны многочисленные работы и ряд монографий: Н. А. Фукса [5, 6], В. Фетта [7], К. Спурного и др. [8], X. Грина и В. Лейна [9], Л. С. Рузера [10], Дринкера и Хэтча [11]. Весьма значителен вклад, внесенный в уче­ ние о радиоактивных аэрозолях и технику их измерения советскими учеными — И. В. Петряновым, Г. М. Пархо­ менко, С. М. Городинским, Л. С. Рузером, Ю. В. Сивинцевым, С. Н. Шатским, В. Н. Кириченко, Н. Б. Борисо­ вым, К. П. Марковым, В. И. Бадьиным. В последние го­ ды в нашей стране издан ряд монографий, в которых рассмотрены вопросы загрязнения атмосферы радиоак­ тивными аэрозолями, образовавшимися при ядерных взрывах, и в частности горячих аэрозольных частиц [12—15]. Однако далеко не достаточно освещены вопро­ сы, связанные с образованием горячих аэрозольных частиц при техническом использовании атомной энер­ гии и загрязнением воздуха производственных поме­ щений.

Вместе с тем высокая удельная активность радио­ активных веществ, получаемых, перерабатываемых или используемых в различных отраслях атомной техники, создает потенциальную возможность возникновения го­

4

рячих аэрозольных частиц. Правильная оценка степени радиационной опасности аэрозолей должна базироваться не только на измерении средней концентрации, но и на определении размеров, изотопного состава и других физико-химических свойств частиц радиоактивных аэрозолей. Такие исследования представляют интерес не только с точки зрения радиационной гигиены, но и важ­ ны с точки зрения изучения механизмов образования радиоактивных аэрозолей. Крупные высокоактивные ча­ стицы могут создавать значительные мощности дозы облучения кожи, а службы радиационной безопасности не располагают приборами, позволяющими измерять локальные дозы облучения поверхностным загрязнением кожных покровов. При наличии горячих частиц особен­ но усложняется задача оценки поступления радиоизото­ пов в организм работающих по контролируемым пара­ метрам радиоактивных аэродисперсных систем в воз­ духе даже в случае проведения таких дополнительных мероприятий, как смывы из носовой полости, измерение активности биопроб и т. п.

В связи с серьезным значением этих вопросов за последнее десятилетие появился ряд посвященных им отечественных и зарубежных публикаций.

Однако отдельные статьи, опубликованные в журна­ лах и сборниках, не могут дать цельной картины со­ стояния проблемы, а систематизированных работ пока нет. Стремясь восполнить этот пробел, авторы настоя­ щей книги обобщили отечественные и зарубежные дан­ ные в области изучения горячих частиц и на основе результатов собственных исследований, проведенных на различных объектах атомной техники, попытались систематизированно изложить состояние вопроса о воз­ можностях образования горячих частиц при использова­ нии атомной техники и в условиях их воздействия на организм работающих.

Рассматриваемые в книге вопросы относятся к бы­ стро развивающейся области радиационной безопас­ ности, и поэтому в связи с отсутствием установившейся терминологии авторы в ряде случаев были вынуждены использовать необщепринятые термины, сопровождая их необходимыми пояснениями.

Авторы надеются, что настоящая книга будет полез­ ной не только для специалистов в области радиационной безопасности, но и для широкого круга научных работ­

5

СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ Г Л А В А 1 О РАДИАЦИОННОЙ

ОПАСНОСТИ АЭРОЗОЛЕЙ

Горячие аэрозольные частицы — особая разновид­ ность частиц радиоактивных аэрозолей, и представления об их опасности основываются на общих закономерно­ стях поведения радиоактивных аэрозолей и их воздей­ ствия на организм. Вместе с тем исследование горячих аэрозольных частиц благодаря специфическим их свой­ ствам позволяет более глубоко понять и оценить свой­ ства и биологическое действие «обычных» радиоактив­ ных аэрозолей. Поэтому биологическую опасность горя­ чих частиц целесообразно рассматривать в органической связи с современными представлениями о радиацион­ ной опасности аэрозолей.

1.1. ПОНЯТИЕ О РАДИОАКТИВНЫХ АЭРОЗОЛЯХ

Аэрозоли, содержащие в составе частиц радиоактив­ ные изотопы, широко распространены в природе. Исхо­ дя из значения естественной удельной активности горных пород (ICH2 кюри)г), можно ориентировочно принять в качестве фонового такое же содержание радиоактивных изотопов в любой пылевой частице минерального про­ исхождения и на один — три порядка меньше в органи­ ческой пыли. Радиоактивными считают аэрозоли, удель­ ная активность которых во много раз превышает это фоновое значение.

Впервые радиоактивные аэрозоли обнаружила, види­ мо, Мария Кюри [16], которая в 1905 г. исследовала влияние гравитационного поля Земли на продукты ра­ диоактивного распада радона. Но лишь после второй мировой войны радиоактивные аэрозоли стали объектом широких научных исследований и практического исполь­ зования. Физико-химические свойства радиоактивных

7

аэрозолей по большинству показателей не отличаются существенно от подобных по своему элементному соста­ ву нерадиоактивных аэрозолей. Особенности поведения, аэрозольных частиц, обусловленные их радиоактивно­ стью, рассмотрены ниже.

8

ризующими весовое содержание аэрозоля или его со­ ставных частей в 1 м? воздуха, показателями дисперс­ ности, выражающими в той или иной форме распреде­ ление аэрозольных частиц по размерам, а также счет­ ными показателями, выражающими число частиц в 1 см3 воздуха. При вычислении показателей дисперсно­ сти наряду со средними величинами рассчитывают значения моды и медианы для числа частиц, их поверх­ ности и массы. На рис. 1.1 показан пример типичного для промышленных условий логарифмически нормаль­ ного распределения по размерам частиц радиоактивного аэрозоля со стандартным геометрическим отклонением Og= 2 и приведены значения наиболее часто используе­ мых показателей.

При характеристике радиоактивных аэрозолей ис­ пользуют единицу измерения активности радиоактивных

Особенности физико-химических свойств радиоактивных частиц

Кроме содержания естественных или искусственных радиоактивных изотопов, наиболее существенная осо­ бенность радиоактивных частиц, определяющая их по­ ведение в воздухе, связана с электрическим зарядом.

Известно, что электрический заряд аэрозольных ча­ стиц— важный физический параметр,.от которого зави­ сит как биологическое действие аэрозолей, так и их осаждение фильтрующими устройствами. Заряды на не­ активных аэрозольных частицах могут образовываться при распылении порошков [18], разбрызгивании жидко­ стей [19], а также в результате осаждения на частицах электронов и ионов газа [20]. В отсутствие других фак­ торов аэрозольные частицы в атмосфере могут заря­ жаться лишь вследствие осаждения на них ионов газа, образующихся в атмосфере в основном под действием космического излучения и излучения земной поверхно­ сти [21].

Если аэродисперсная система состоит из радиоактив­ ных частиц, они вследствие а- и ß-распадов приобре­ тают устойчивый положительный заряд (например, до­

9