Радиофобията

Радиофобията - кратка история (допълнен вариант на статия публикувана в списание "Физика", бр.5/6, 1996) Емил Вапирев Физически факултет, СУ, катедра Ядрена техника и енергетика, emiliv@phys.uni-sofia.bg В съзнанието на повечето хора думите радиация, радий, уран, плутоний, цезий, стронций, кюри, бекерел, изотоп, бета-частици, алфа-частици, гама-лъчи, неутрони, ядрен реактор, ядрено гориво и много други професионални понятия предизвикват ирационален страх и в резултат отрицание на всичко, имащо отношение към тях. Страхът идва поради три причини - липса на елементарна ядрена култура (по подобие напр. на електрическата, химическата, транспортната култура), дълбоко наслоен страх от радиацията в резултат на Хирошима и Нагазаки и ядреното противостоене в периода на студената война и накрая - липсата на орган, с който да се чувства радиацията. Има и още нещо - недоверие към хората, професионално занимаващи се с измерване на радиоактивност и с ядрена енергетика, класирани под общото название "ядрена мафия". Отношението към радиацията има своята история и от откриването й досега е преминала през няколко периода, включващи дори и промяна на знака - oт безгранична еуфория до пълно отрицание. Период на еуфория и незнание В края на миналия век две последователни открития поставят началото на съвременната ядрена физика и ядрена енергетика. През 1894 асистентът на Дж. Дж. Томсон, Фредерик Соди забелязва, че фотографски плаки, намиращи се близо до вакуумните катодни тръби, се осветяват. Томсон просто му казва да държи плаките по-далеч от катодните тръби и така пропуска откриването на рентгеновите лъчи. През 1995 г. Вилхелм Конрад Рентген наблюдава фосфоресциращи екрани на разстояние от катодните тръби. Рентген закрива с черна хартия тръбата, но светенето продължава и той предполага, че при опитите си с вакуумни тръби се наблюдава ново, дълбокопроникващо лъчение - "Х-лъчи", "рентгенови лъчи". След като Рентген наблюдава костите на ръката си с новото лъчение и описва опитите си, започва възходът на рентгеновата техника в медицината. Еуфорията от новото откритие е огромна, въпреки необяснената серия от левкемии около 1905-1910 г. сред лекарите-рентгенолози в Берлин. Според съвременните знания дозите, получавани от рентгенолозите по това време, са огромни. Анри Бекерел, трето поколение физик и специалист по флуоресценция, прочита за откритието на Рентген и заключава, че Х-лъчите се излъчват от флуоресциращия екран и започва опити с редица вещества, за да изследва кои фосфоресциращи съединения излъчват Х-лъчи при фосфоресциране. Напълно погрешно предположение и съответно опитите са с отрицателен резултат - след облъчване на ярка слънчева светлина той поставя изложеното за известно време на слънце вещество върху обвита с черна хартия фотографска плака. Не се наблюава никакво изображение до опита с ураниева сол - уранил калиев сулфат. Урановата сол предизвиква почерняване върху плаката, след като е изложена на слънце - отново погрешно заключение. Според легендата в един мрачен ден, в който в Париж не е имало слънце, Бекерел поставя върху завитата с черна хартия плака ураниева сол в едно чекмедже. Защо след това я проявява? Защо просто не изхвърля плаката с ярко изображение от неизложената на слънце сол? Заключението му е, че необлъченият, инертен материал излъчва неизвестно проникващо лъчение. Анри Бекерел открива естествената радиоактивност. По късно, вече при опити с радий, Бекерел забелязва, че когато носи своя радиев източник в джоба на панталоните си, на същото място върху кожата се наблюдават петна като от изгаряне. Предполагайки, че това може да се дължи на радиевия източник, Бекерел само премества източника в другия си джоб. През 1903 г. Анри Бекерел получава Нобелова награда по физика за откриването на радиоактивния разпад заедно с Мария и Пиер Кюри, които изолират и откриват радия и полония. За да изолират милиграмови количества радий, Мария и Пиер Кюри прекарват през ръцете си тонове уранова руда. По-късно те получават Нобелова награда по химия (през 1911 г.) за откриването на радия и полония, за получаването на радий в метално състояние и за експериментите си с радий. През това време през ръцете им са минали много грамове радий. Един грам радий е радиоактивен източник с активност 1 Кюри. В лабораторията, в която работя, най-силният източник е една стотна от 1 Кюри и се съхранява в оловен контейнер с дебели стени. През 1933 г. на седмия Солвеев конгрес в Брюксел, семейство Кюри докладва за откриване на изкуствено предизвикана радиоактивност - по това време ръцете на Мария Кюри са в лошо състояние, носят следите на огромните дози, на които са били подложени. Мария Кюри е безнадеждно болна от левкемия. През 20-те години на настоящия век в много заводи за авиационно оборудване се използват светещи бои - фосфоресциращо вещество, примесено с радий. Алфа-частиците от радия предизвикват светене на фосфора и циферблатите се виждат ясно дори и на тъмно. Вероятно много хора си спомнят за циферблати на часовници, ръчни и настолни, които допреди 35-40 г. са се продавали. С радиоактивните светещи циферблати е свързана една история, неизменно публикувана в учебниците по радиационна медицина: Около 1920 г. сред работничките в един такъв цех в Ню Йорк започва необяснима серия от злокачествени заболявания по устата и устната кухина. Според историята на случая, жените в цеха често с уста са заостряли върховете на четчиците за по-тънко изписване на знаците върху циферблатите. Един доктор от Чикаго, Харисон Мартланд, предполага в една своя научна статия, че тези заболявания може би се дължат на радия и радиацията от радия. В редакцията е получено писмо на възмутен читател, в което се твърди, че само шарлатан може да приписва този ефект на радиацията, защото (според читателя) радиацията може да има отрицателни последици, само ако въздействието й е продължително и с големи дози. Авторът на това писмо по ирония на съдбата е Мария Кюри. Последващите открития на ядрената физика и приложението на рентгеновите лъчи неизменно е свързано с възторг и доверие към радиацията. От началото на века са известни радиоактивни лекарства с радий: капки с разтвор на радий за пиене - 2 микрограма радий на 60 ml вода, интравенозни инжекции с разтворен 5, 10, 25, 50 и 100 микрограма радий, компреси с радий с гаранции за ненамаляваща активност - действително ненамаляваща - периодът на полуразпад на радий-226 е около 1600 г. В съвременните лаборатории източници с подобна активност, макар и сравнително ниска, се съхраняват в хранилища. Защо трябва да се връщаме към началото на века, нали и сега се твърди, че някои води са лековити, защото са радиоактивни? Пил съм такава вода, но само след продължително разклащане, за да излезе радона от водата (радон-222, дъщерен продукт на радия). Може би действително е полезна тази вода, но това е вероятно заради разтворените в нея минерални вещества. През 1943-45 г. по време на създаването на атомната бомба в Съединените щати и по-късно и в Съветския съюз, всички дейности по урановата тематика са засекретени, засекретени са съответно и ефектите от радиацията и жертвите при разработката и производството на ядрените оръжия. В наскоро излязла книга за съветската атомна бомба се съобщава за над 2 000 случая на хроническа лъчева болест сред персонала на първия реактор за получаване на плутоний в Киштим (до Челябинск) и в завода за преработка на облъченото гориво и извличане на плутоний. За американския проект такива данни не са разсекретени, вероятно поради многото съдебни искове към правителството след 1980 г. от лица, подложени на радиация професионално или при опити върху тях. Неизвестността и ограниченото време са общ фактор и при двата проекта, освен това технически проектите са били сходни - например трите уран-графитoви реактори в Ханфорд, щата Вашингтон, охлаждани директно от водите на река Колумбия, са много подобни на реакторите в Киштим, охлаждани директно от водите на реката Теча. Не е съществено, че едните са с хоризонтални канали (американските), а другите са с вертикални канали. Вероятно и в историята на американската атомна бомба има подобни случаи. Страх и незнание - рязко обръщане на знака На 6 август 1945, в 8 часа и 16 минути, над Хирошима избухва първата атомна бомба, употребена срещу мирно население. Взривът е еквивалентен на 12 500 тона тринитротолуол (12.5 килотона ТНТ). Непосредствено от взрива загиват около 100 000 души, жертвите до края на 1945 са около 140 000, 5 г. след взрива жертвите наброяват около 200 000 души. Бомбата е от обогатен уран-235, от оръдеен тип - снаряд от уран-235 в оръдейно дуло се изстрелва срещу мишена от уран 235, неутронния инициатор от полоний-210 и берилий, които са физически разделени върху снаряда и мишената започват да генерират неутрони в момента на контакта. Това е първият взрив на уранова бомба. На 8 август 1945 в 11 часа и 2 минути, над Нагазаки избухва втора атомна бомба, еквивалентна на 22 килотона ТНТ. Жертвите непосредствено от взрива са 70 000, до края на 1945 са около 140 000 души. Бомбата е плутониева, от имплозивен тип, с взрив, разположен около сфера от естествен уран (отражател), която съдържа в себе си металически плутоний около 8-9 кг и неутронен инициатор от разделени полоний-210 и берилий под формата на топче. При имплозията металическата плутониева топка намалява размерите си и увеличава плътността си над два пъти, като достига коефициент на размножение около 1.2-1.3. Такава бомба е взривена за пръв път в пустинното място Аламогордо, щат Ню Мексико, на 16 юли 1945 г. На 26 август 1949 г. на полигона в Семиплататинск, Казахстан, Съветският съюз изпитва атомна бомба от имплозивен тип. На 1 ноември 1952 на атола Ениветок е взривена първата бомба, освобождаваща енергията от сливането на леки елементи - водородната бомба. При сливането на двата изотопа на водорода - деутерий и тритий, се е освободила енергия, екивалентна на около 10 мегатона ТНТ. Един от островите на атола, Елугелаб, престава да съществува, кратерът е дълбок около 80 м, диаметърът е около 3 км. Тази бомба все още не е "бойна" - устройството е високо колкото 3-етажна къща и в същност представлява атомна бомба плюс огромен втечнител на водород. По-късно суха бомба от литий-6 + деутерий от линеен тип на принципа делене-сливане-делене е взривена от САЩ след хвърляне от самолет през пролетта на 1954. Съветският Съюз взривява бомба с частично сливане на водород през август 1953. През ноември 1955 г. в Съветския съюз е взривена водородна бомба, хвърлена от самолет. Атомните бомби по своя принципна действие са ограничени до максимум един мегатон, водородните бомби по принцип са неограничени по мощност отгоре. Въпреки че най-мощната взривена бомба е около 50 МТ (т.н."Цар Бомба"), то 100 МТ е един приблизителен технологичен предел. Започва ерата на ядреното противостоене Хората над 40 г. си спомнят за ядрените опити във въздуха, под водата, под земята. Ако човек се замислеше за ефектите от взрива на атомни и водородни бомби, то най-често го обхващаше ужас от безпомощността. Най-същественият за масовото съзнание поразяващ фактор бе радиоактивността. Всички си спомняха за Хирошима и Нагазаки и много малко си спомняха за Дрезден, когато на 13 февруари 1945 г. 1 400 самолета хвърлят 650 000 запалителни бомби и от пожари и задушаване загиват над 100 000 души, за Хамбург, когато на 17 юли 1943 загиват от бомбардировка над 45 000 души, за Токио, когато на 16 и 25 май 1945 загиват около 100 000 души и 1 милион са ранени, за десетките японски градове, бомбардирани и опожарени с аргумента, че се произвеждат части за оръжия по домовете. Основното, което остана в съзнанието на хората от моето поколение и по-възрастните от мен, бе радиацията, лъчевата болест, невидимата опасност. Отношението към радиацията, радиоактивността, изотопите и всичко свързано с тази тема си смени рязко знака, достигайки най-дълбокия минимум от откриването на явлението радиоактивност. По-късно, през седемдесетте години, това чувство бе донякъде притъпено. Строяха се енергийни реактори, съществена част от електроенергията се добиваше от 400-те ядрени реактора. Въздухът се очистваше от дим, прах, серни и азотни окиси. Чистотата и редът около атомните електростанции рязко контрастираше с опустошените области около термичните електростанции. И така до аварията на реактора в Три Майл Айлънд през 1978 г., последствията от която са всъщност икономически. След отказ на оборудване и две поредни операторски грешки се стига до разрушаване на активната зона на водно-воден реактор под налягане и изпускане на радиоактивни продукти в херметичната зона. Извън херметичната зона е изхвърлено малко количество йод-131, около 2 Кюри. Жертви няма, но е извършена евакуация на живеещото наблизо население. След аварията на тримилния остров започна постепенно съсредоточаване на общественото мнение върху сигурността на ядрените блокове. Това обществено внимание доведе до създаване на система за оценка на безопасността на ядрените централи. Радиофобията след Чернобил Повратна точка в бавно подобряващото се обществено отношение към ядрената енергетика е аварията на четвърти блок на Чернобилската АЕЦ на 26 април 1986 г. в 1 часа, 23 минути и 48 секунди, малко след полунощ. Взривилият се реактор е тип РБМК, което е цивилната версия на реакторите близо до Челябинск за производство на плутоний-239 вследствие на залавяне на неутрон от уран-238 и два последователни бета-разпада. Реакторът е без корпус, от канален тип. Активната зона е с размери приблизително 7 м височина и 12 м в диаметър. Реакторът се състои от 2 000 тона ядрено чист графит и 196 тона уранов двуокис в 1693 вертикални канала, урановият двуокис е в циркониеви тръбички, по 18 във всеки канал. Каналите се охлаждат от вода, която в горната част на зоната кипи, парата се сепарира и постъпва в турбината - т.е. схемата е едноконтурна. Основните недостатъци на тези реактори до 1986 г. са положителният паров коефициент на реактивност (т.е. колкото повече има пара, толкова се повишава мощността на реактора) и наличието на голям брой слабо свързани една с друга "миниактивни зони", което усложнява управлението на тези реактори. Подобни по размери са газ-графитовите реактори МАГНОКС в Англия и усъвършенстваните газ-графитови реактори в САЩ и други страни. Основните причини за аварията са изброените конструктивни недостатъци, драстичното неспазване на редица правила на експлоатация на реактора и недостатъчната квалификация на персонала. Операторите добре познават техническата част на централата, но имат недостатъчни познания по физичните особености на конкретния тип реактор. Един от парадоксите на аварията е, че за непосредствена причина за взрива се счита натискането на бутона на аварийната защита от оператора след довеждането на реактора до крайно нестабилно състояние с изключени всички основни защити. Поради наличието на отражателна наставка в долния край на поглъщащите елементи, в първите секунди от спускането се подобряват условията за верижна реакция, "вкарва" се положителна реактивност, което е довело до парообразуване, повишаване на мощността, допълнително парообразуване, повишаване на налягането, скъсване на тръбички, общо кипване, отново повишаване на мощността. Ограниченията на верижната реакция са само поради обратната отрицателна връзка по температура на горивото. В резултат се получава пик по мощност (може би два пика) като в рамките на около период от около 1 с се повишава мощността около 100 пъти над номиналната. Като последица от повишаване на температурата е възможно и отделянето на водород от т.н. пароциркониева реакция и последващ химически взрив. Горната бетонна плоча на реактора (2000 тона) е повдигната и остава във вертикално положение, основната част от горивните касети са разрушени и огромни количества радиоактивни изотопи са изхвърлени в атмосферата и около реактора. Според съвременни модели на аварията след натискане на бутона ‘АЗ’ поради голямото импулсно натоварване на горивото е настъпило взривно разрушаване на топлоотделящите елементи с последващо повишаване на налягането в контура от разрушението на ТОЕ и взаимодействието на горивото с водата, масивно разкъсване на контура (паров взрив) и разрушение на активната зона. За кратко време - около секунда - коефициентът на размножение е достигнал стойности около 1.01 - 1.02, което означава неуправляема верижна реакция. Поради остатъчното енергоотделяне на останалото в реактора около 95% от горивото (около 30 MW няколко часа след аварията) постепенно се повишава температурата и в резултат на това се възпламенява графитът. Случва се възможно най-лошото - създават се условия не само за локално замърсяване около централата, но и за трансграничен пренос поради мощната гореща струя газове от горящия графит, която увлича част от горивото и в резултат на това се пренасят радиоактивни продукти на делене и трансурани на хиляди километри от централата. Аварията в Чернобил поставя горна граница за възможно най-тежка реакторна авария - отворен реактор, запалена зона и натрошено гориво. За късмет на България в първите дни струята е отнасяна в северна и северозападна посока. Най-тежко извън Украйна и Белорусия са засегнати страни на Скандинавския полуостров и отделни области от Централна Европа. През нощта на 30 април срещу 1 май вятърът се обръща и след 1 май след обяд в продължение на около една седмица върху територията на България се утаяват около 1.5 -3.5 кг ядрено гориво или около 1/1 000 от горивото, изхвърлено извън 20-километровата зона, около 630 230 г йод-131, рутений-103, рутений-106, барий-140, цезий-137, цезий-134. Според доклада на България на симпозиума във Виена през април т.г. по случай 10 г. от аварията в Чернобил общото средно индивидуално облъчване през първата година е оценено на 0.79 mSv, а за целия живот - 0.95 mSv (ефективна доза), като приносите на трите основни фактора - външно облъчване, вътрешно от йод-131 и вътрешно от цезий-137 и 134, са почти изравнени. При децата общото облъчване е с около 35 % по-високо, отколкото при възрастните. Много ли е това или е незначително? Какви могат да бъдат последствията от това замърсяване? Можеше ли нещо да се направи за намаляване на последствията? За една година средното облъчване на населението в България от естествения радиационен фон е около 3 mSv или облъчването от Чернобил е сравнимо с получената годишна доза от фона - около 1/3 от годишната доза от фона. Като се знае, че рискът за възникване на злокачествено заболяване от такава ниска доза (3 mSv) е приблиз%ЁxT