Впитывает ли металл радиацию

Обновлено: 28.03.2024

Конструкционные материалы призваны обеспечить достаточную механическую прочность, конструктивную компоновку и физико-химическую защиту основных узлов реактора и атомной станции в целом. Поэтому вопросы радиационной стойкости конструкционных материалов приобретают все более важное значение при разработке реакторов. Помимо всех тех материаловедческих проблем, которые характерны и для обычных энергетических станций, при работе АЭС возникают и некоторые специфические: радиационное распухание, радиационная ползучесть. изменение физико-механических свойств конструкционных материалов в результате интенсивного облучения нейтронами, а также проблема радиоактивного загрязнения.
Радиационные условия, в которых могут оказаться конструкционные материалы в реакторе, обычно предсказать трудно, влияние длительного облучения на материалы часто можно определить лишь опытным путем во время работы реактора. Для максимального повышения надежности и безопасности работы АЭС разработаны жесткие стандарты и правила конструирования и эксплуатации оборудования АЭС и контроля за ним.
Наша задача - проанализировать и обсудить эффекты радиационного воздействия на металлы, сплавы, керамики и керметы, т.е. все те реакторные конструкционные материалы, которые были рассмотрены в настоящей главе. Основными радиационными эффектами в конструкционных материалах являются радиационные ползучесть и распухание.

Металлы, их соединения и сплавы в условиях радиации.


Рассмотрим влияние облучения прежде всего на: 1) бериллий и его соединения, 2) магний, его сплавы и соединения, 3) алюминий, его сплавы и соединения, 4) цирконий, его сплавы и соединения и 5) аустенитные нержавеющие стали и никелевые сплавы.
Влияние облучения на бериллий и его соединения. Бериллий и ВеО используют в качестве материалов отражателей и замедлителей в тепловых и быстрых, главным образом исследовательских, реакторах. Для металлического бериллия или оксида ВеО, длительное время работающих в качестве отражателей быстрых исследовательских реакторов, характерными эффектами являются размерная нестабильность и гелиевое охрупчивание.
Размерная нестабильность и образование пор в бериллии и ВеО обусловлены следующими реакциями на быстрых нейтронах:
Сторона бериллиевого отражателя, обращенная к активной зоне, будет подвергаться воздействию большего флюенса быстрых нейтронов, чем наружная, и, следовательно, будет больше распухать. В итоге отражатель из Be или ВеО будет искривляться. Таким образом, причиной размерной нестабильности отражателя из Be или ВеО является неоднородность потока быстрых нейтронов в нем и неоднородность генерации *Не и * Li.
Помимо размерной нестабильности генерация гелия в Be в соответствии с (10.7) приводит к радиационному распуханию и гелиевому охрупчиванию. Радиационное распухание Be можно определить как увеличение объема или уменьшение платности:
где ipt и (ipt) о — текущее и эталонное (пороговое) значения флюенса быстрых нейтронов; А и п — константы; Q — энергия активации; R -

универсальная газовая постоянная; Г — температура облучения образца. В частном случае, при постоянстве уровня мощности исследовательского реактора температура облучали практически также постоянна и (10.8) переходит в уравнение
где Ау = A exp (-Q/RT) также константа.
Представленные на рис. 10.21 данные по радиационному распуханию Be (или ВеО) в испытательном реакторе ATR удовлетворяют уравнению (10.8) [37,38].
Пластичность облученного в реакторе ATR бериллия падает практически до нуля уже при относительно невысоких флюенсах нейтронов (1—4) • 10 21 нейтр/см , Е > 1 МэВ. Это так называемое гелиевое охрупчивание, обусловленное, главным образом, гелием, захваченным порами и пузырями в отражателе.
Таким образом, конструкция, ресурс работы и механизм разрушения отражателя из Be или ВеО, вероятнее всего, определяются размерной нестабильностью, радиационным распуханием и гелиевым охрупчиванием отражателя под действием облучения быстрыми нейтронами.
Влияние облучения на магний, его сплавы и соединения. Магний, его сплавы и соединения в условиях газоохлаждаемых реакторов невысоких параметров демонстрируют сравнительно хорошую радиационную стойкость. Никаких существенных радиационных эффектов - распухания, радиационной ползучести, изменения прочности и пластичности — в этих материалах не наблюдается вплоть до флюенсов 10 21 нейтр./см 2 [39,40].
Послерадиационные исследования топливных сборок реактора Calder Hali со всей очевидностью указывают на отсутствие сколько-нибудь значительного повышения скорости взаимодействия магния с теплоносителем активной зоны CO2 при повышенных температурах (ниже 500 °С). Возможно, это связано с малой энергонапряженностью и невысокой рабочей температурой этого реактора.


Рис. 10.22. Влияние облучения на предел прочности и предел текучести алюминиевого сплава 1100

Рис. 10.23. Влияние облучения на пластичность сплава 1100


Влияние облучения на алюминий, его сплавы и соединения. Радиационные эффекты в этих материалах относительно слабы. При испытаниях в высокопоточных исследовательских реакторах никаких радикальных изменений механических свойств или размерной нестабильности Al и других материалов на его основе не наблюдалось.
Из реактора MTR после 18 лет работы при 70 °С была извлечена пластина из сплава алюминия 1100, из которой были изготовлены образны для испытаний. За время работы флюенс быстрых нейтронов составил 5,6 10 22 нейтр./см 2 , Е > 1,0 МэВ, а тепловых - 6,5-10 22 нейтр./см 2 . Результаты испытаний показали, что некоторые изменения механических свойств и объема сплава имеют место, однако материал сохранил достаточную пластичность (удлинение или поперечное сужение) для обеспечения работоспособности реакторного оборудования.
На рис. 10.22 и 10.23 представлены характерные для сплава 1100 доз- ные зависимости прочностных и пластических свойств. Зависимость изменения объема или плотности сплава 1100 от флюенса быстрых нейтронов в сопоставлении с данными для сплава 6061 показана на рис. 10.24, а [41, 42], а на рис. 10.24, б приведены аналогичные зависимости для Al высокой чистоты и его сплавов. На рис. 10.25 сравниваются длительные прочности облученного и необлученного сплава 1100; из рисунка видно, что длительная прочность облученного сплава довольно высокая, что обусловлено эффектом радиационного упрочнения материала.
Подобно тому, как неоднородность потоков быстрых и тепловых нейтронов приводит к искривлению бериплиевых отражателей в реакторах, эти же факторы вызывают раздутие и искривление алюминиевых конструкций активной зоны, например топливных сборок или ампул с охлаждаемыми образцами, т.е. конструкций значительной длины. Так, ампула из сплава 1100 (или 6061), охлаждаемая проточной водой при 50 С, была облучена тепловыми и быстрыми нейтронами до флюенсов (3-4) 10 22 нейтр/см 2 . Первоначально прямое изделие после длительного облучения в реакторе изогнулось и приобрело бананообразную форму. Исследование показало, что распределение потока быстрых нейтронов вдоль изделия по форме повторяет измеренный прогиб.

По данным трансмиссионной электронной микроскопии, распределение пор и образование за счет трансмутаций кремния вдоль изделия были также неравномерны 45. В итоге радиационное распухание за счет образования пор растет с ростом флюенса быстрых нейтронов и становится наибольшим вблизи плоскости максимального значения потока быстрых нейтронов. На рис. 10.26 показаны профили распределения радиационного распухания по длине для двух сторон изделия из сплава 1100, а на рис. 10.27 — зависимость распухания от флюенса быстрых нейтронов. Наличие или отсутствие защитной окисной пленки на изделии на распухание почти не влияет 44. Основной вклад в образование кремния дают реакции
Помимо кремния по реакциям типа (и. р) и (п, а) в Al образуются также Н и Не, вносящие основной вклад в радиационное распухание материала.


Влияние облучения на цирконий и его сплавы. Известно, что циркониевые сплавы — основной конструкционный и оболочечный материал легководных и тяжеловодных реакторов, причем циркалой-2 предназначен для работы в кипящих и тяжеловодных реакторах, а циркалой-4 — в энергетических водяных реакторах (см. п. 10.6.3). Поведение и свойства этих сплавов очень схожи, за исключением коррозионной стойкости в воде при высокой температуре: циркалой-4 поглощает водород в меньших количествах, чем циркалой-2. По мере облучения и роста содержания Н и Не реакциям (п, р) и (гг, а) | механические свойства сплавов типа циркалой слегка ухудшаются вследствие образования гидридов и развития охрупчивания. Наблюдается небольшое распухание, но совершенно отсутствуют радиационный рост и ползучесть.
В литературе предложены уравнения для радиационной ползучести конструкционных материалов. В [46] на основе экспериментальных данных получены экспоненциальные и степенные уравнения ползучести конструкционных материалов для относительно высоких напряжений и температур:
(10.11)

Рис. 10.26. Распределение радиационного распухания по длине кожуха из сплава 1100 на дальней (кривая /) и ближней (2) к активной зоне реактора сторонах
Рис. 10.27. Зависимость распухания сплава 1100 от флюенса быстрых нейтронов для дальней (кривая I) и ближней (2) к активной зоне реактора сторон


и для относительно низких напряжений и температур:
где ф — поток нейтронов; i — время, ('fit)o — эталонный (пороговый) флюенс нейтронов; а — напряжение; а0 — модуль ползучести материала; п — константа ползучести; А, В, Си/)— постоянные; значения Q, RhT определены ранее.
В экспоненциальном уравнении (10.11) и степенном (10.13) первые члены в скобках представляют собой скорости радиационной ползучести и деформации роста (для сплавов циркония) или скорости радиационной ползучести и деформации за счет распухания (для нержавеющих сталей и никелевых сплавов) при флюенсе нейтронов ipt и приложенном напряжении о; вторые члены выражают взаимодействие и связь между интенсивностью потока нейтронов и приложенным напряжением. Деформация и скорость радиационной ползучести изменяются с температурой облучения по закону Аррениуса.
На рис. 10.28 представлены зависимости тангенциального радиационного роста и деформации ползучести от длительности облучения холоднотянутых на 20% трубчатых образцов из циркалоя-4 при температуре облучения 300 °С, а на рис. 10.29 — зависимости деформации ползучести и радиального радиационного роста от длительности облучения холоднотянутых на 20% трубчатых образцов из циркалоя-2 при 263 °С; в обоих случаях экспериментальные данные хорошо укладываются на кривые зависимостей, рассчитанные по (10.10) и (10.12) [46, 47] соответственно.



Рис. 10.30. Влияние облучения hi предел текучести стили 304 при различных температурах облучении
Рис. 10.31. Влияние облучения на пластичность нержавеющей стали 304, облученной ори разя«вых температурах

Влияние облучения на нержавеющие стали и никелевые сплавы. Облучение аустенитных нержавеющих сталей и никелевых сплавов — конструкционных материалов быстрых реакторов-размножителей, в том числе с жидкометаллическим теплоносителем, — вызывает изменение их механических свойств, радиационное распухание и радиационную ползучесть. Эти эффекты оказывают сильное влияние на конструкцию реактора, режим и безопасность работ с реакторными материалами и оборудованием.
Что касается механических свойств аустенитных нержавеющих сталей (см. § 10.7), то на рис. 10.30 и 10.31 приведены данные по влиянию облучения на пределы текучести и удлинения сталей 304 и 316, облученных быстрыми нейтронами примерно до флюенса 5•10 2 2 нейтр./см 2 , Е > 0,1 МэВ и испытанных при указанных на рисунках температурах облучения [48—50]. Как видно, повышение предела текучести (и предела прочности) и снижение пластичности сильно зависят от флюенса нейтронов и температуры облучения. На рис. 10.32 сравниваются дозные зависимости тангенциальной деформации ползучести и деформации за счет распухания холоднодеформированной на 20% нержавеющей стали 304 (температура облучения указана на рисунке), а на рис. 10.33 показана зависимость изменения тангенциального напряжения ползучести, напряжений роста и распухания холоднодеформированной на 30% нержавеющей стали 316 от температуры и длительности облучения. Сплошные кривые на обоих рисунках — экспоненциальные зависимости [46]. Температурные и дозные зависимости распухания аустенизированных (отожженных) нержавеющих сталей 304 и 316 показаны на рис. 10.34. При повышении температуры распухание вначале достигает максимума, затем падает до очень низких значений, вновь достигает максимума и затем вновь спадает. Высота максимума, по-видимому, зависит от флюенса нейтронов.


Рис. 10.32. Влияние облучения на окружную деформацию при распухании Д/// и ползучести 6 нержавеющей стали 304SS (облучение в реакторе EBR-II)
Рис. 10.33. Зависимость напряжения при ползучести Тп и распухании а_ от времени облучения стали 316SS с 30% холодной деформации в реакторе EBR-1I. Цифры у кривых - температура испытания

Влияние облучения на никелевые сплавы (см. § 10.7), по-видимому, аналогично его влиянию на металлический никель, так же как сходно по характеру влияние облучения на алюминий и на его сплавы (см. § 10.9, рис. 10.24 [3]). На рис. 10.35 показано распухание Ni и никелевых сплавов [51]. При флюенсе быстрых нейтронов 5 — 102 0 нейтр./см 2 вблизи 500 °С наблюдается максимум распухания. При данном флюенсе нейтронов распухание никеля и сплавов на его основе оказывается сильно зависящим от температуры и зависимость, представленная на рис. 10.35, является типичной температурной зависимостью изменения объема материала, облучаемого быстрыми нейтронами. Обычно образование пор и распухание никеля (ГЦК-решетка) наблюдается в диапазоне температур приблизительно от 250 до 650 °С (0,30-0,55 Тпл).
На рис. 10.36 [51] сравниваются зависимости радиационного распухания некоторых чистых металлов от гомологической температуры. Видно, что, во-первых, металлы с ОЦК-решеткой (Nb, Mo, Zr, Та) обладают высокой стойкостью против радиационного распухания и, во-вторых, никель (ГЦК-решетка), входящий в аустенитные нержавеющие стали и никелевые сплавы, оказывается весьма склонным к радиационному распуханию. В результате ядерных реакций (и, а) между быстрыми нейтронами и ядрами элементов — компонентов сплавов — в последних происходит накопление Не, влияющего на процесс радиационного распухания.



В качестве примеров реакций упомянутого типа приведем следующие [52]:
Вообще, радиационная стойкость чистых металлов и их сплавов ниже стойкости керамических оксидов металлов — BeO, MgO, Al2O3, ZrO2, FeO и т.п.

Керамические материалы и керметы в условиях нейтронного облучения.

Керамические материалы и керметы, применяемые в реакторостроении, уже рассматривались в пп. 10.8.1 и 10.8.2. Из них особый интерес представляют ВеО, Al2O3, MgO, ZrO2, Al—Al2O3 и B4С — нержавеющая сталь. Немногочисленные экспериментальные данные и опыт эксплуатации реакторов указывают на то, что керамики и керметы, работающие в нейтронных полях ядерных реакторов, более стабильны, чем металлы и сплавы. Радиационные эффекты, особенно радиационное распухание и радиационная ползучесть, в керамиках и керметах проявляются слабее, чем в металлах и сплавах. Поэтому при проектировании реактора экспериментальные данные по воздействию облучения на металлические материалы (см. рис. 10.21 — 10.36 и др.) можно с уверенностью использовать и для керамики, и для керметов.

Что задерживает радиацию?

Допустим, существует угроза повышенной радиации. Чем можно защитить свое тело, воду и продукты, исходя из отсутствия спецсредств. Какие материалы не пропускают радиацию?

Радиация - это излучение. Состав излучения изотопов радиоактивных материалов разделяется на Альфа частицы, которые задерживаются поверхностью кожи, Бета частицы проникают глубже, но фольга толщиной 0,1 мм для них является непреодолимым барьером, нейтронное излучение легко прошибает бетон толщиной 15 см, но полиэтиленовая пленка 1 мм для них труднопроходимая преграда. Свинец используют для защиты от рентгеновского излучения и гамма квантов. Бетон в 10см ослабит поток гамма квантов в 2 раза. Свинцовый экран для рентгеновских лучей будет непреодолим при толщине около 0,5см. Так что если изладить бетонный бункер с метровой толщиной стен и облицевать его свинцом и полиэтиленом, то от радиации вы защититесь на 100%.

Спасибо за подробный ответ. А при опасном повышенном фоне солнечной радиации помогут ли эти средства или здесь понадобится что-то другое? — 11 лет назад

Солнечная радиация (излучение) это жесткий ультрафиолет (ЖУ), мягкий ультрафиолет (МУ), видимый спектр (ВС) и инфракрасное излучение (тепло). ЖУ задерживает озоновый слой. МУ - нужен и растениям и нам, фотосинтез и выработка витамина Д. ВС - мы в нем видим. Тепло - тоже хорошо. Есть ещё в солнечном ветре поток частиц, но с ними справляется магнитосфера Земли, раскидывая потоки по полюсам. — 11 лет назад

А что свинец вреден человеку сам по себе, помимо радиации, - это ничего? Или бетон и полиэтилен под свинцом сведут этот вред к нулю? — 4 года назад

С английского «radiation» переводится как излучение. В принципе, любое тело, температура, которого выше «абсолютного нуля» излучает какую-то энергию (как правило, это комплекс энергий). Радиаций (излучений) достаточно много, например: солнечная, тепловая, световая, звуковая, и др. Какие-то виды излучений полезны, а какие-то вредны и опасны. Самое опасное излучение ионизирующее, потому что у человека (да и многих животных) отсутствуют органы чувств, способные его воспринимать. Ионизирующее излучение такое, которое при взаимодействии с веществом вызывает ионизацию или возбуждение его атомов и молекул, т.е. создаёт пару ионов с противоположными зарядами.

В результате воздействия излучений (радиации), облучаемое тело или предмет получает определённое количество энергии.

Радиацию задерживает любой предмет (вещество) помещённый между источником излучения и облучаемым предметом. Другое дело насколько он задерживает или ослабляет то или иное излучение. Например: свинцовая пластина серьёзно ослабит рентген-излучение, но совершенно бесполезна в качестве защиты от теплового излучения.

Источниками ионизирующих излучений на земле являются Солнце и радиоактивные (способные к распаду) вещества находящиеся в земле. Сумма этих излучений и образует так называемый «естественный фон». Защищаться от него бесполезно, да и глупо. Большая вероятность того, что всё живое на Земле произошло в результате воздействия ионизирующего излучения.

Для оценки «вредности» воздействия радиации существует понятие приемлего риска. Но это уже предмет другого вопроса.

Радиационностойкие материалы и их особенности

Радиационное облучение может быть достаточным, чтобы ухудшить критические свойства конструкционных материалов. Радиационная стойкость зависит от мощности источника излучения, расстояния до него, а также допустимыми уровнями воздействия, при которых эти эффекты становятся важными.

Свойства материалов, которые подвергаются воздействию излучения, должны рассматриваться в трёх категориях:

  • Механической (прочность, твёрдость, относительное удлинение);
  • Тепловой (теплопроводность);
  • Оптической (коэффициенты излучения, поглощения и отражения).

Радиационная стойкость материалов принято рассматривать отдельно для наземных и искусственных космических объектов.

Понятие радиационной стойкости материалов

Материалы, защищающие от излучения, используются для различных радиологических применений – в медицине, технике неразрушающего контроля, при производстве космических летательных аппаратов и пр. Однако использование радиации сопряжено с риском. Те, кто использует радиацию, должны быть надлежащим образом обучены радиационной безопасности, радиационной физике, биологическим эффектам радиации, чтобы гарантировать безопасность.

Таким образом, выбор радиационно стойких материалов важен для того, чтобы снизить влияние внешнего радиационного облучения на человека, а также на экологию окружающей среды.

Одним из основных принципов снижения влияния радиоактивного излучения является экранирование - использование поглощающего материала (оргстекла, для бета-частиц и свинца для рентгеновских и гамма-лучей). Экранирование используется в различных областях, включая диагностическую визуализацию, лучевую терапию, ядерную и промышленную защиту. Способность к экранированию считается одной из основных составляющих, которой определяется радиационная безопасность материалов.

Различают экранирование объектов и экранирование производственного персонала. В первом случае используют механически прочные защитные экраны, конфигурация которых соответствует форме защищаемого объекта, во втором – защитную одежду, которая ослабляет рентгеновское излучение: фартуки, жилеты, обувь. Интенсивность экранирования зависит от индивидуальной стойкости веществ к радиоактивному излучению.

радиационная безопасность материалов

Стойкость неорганических материалов

Исторически материалы для защиты от излучения изготавливались из свинца. Однако в последнее время, кроме свинца, используются также композиты на его основе и бессвинцовистая неорганика.

Противорадиационная стойкость свинца связывается с его высокой плотностью, которая составляет 11,34 г/см³. Это делает данный металл полезным для эффективной защиты от рентгеновского и гамма излучения.

Свинец в чистом виде хрупок, поэтому непосредственно для экранирования его не применяют. Чтобы превратить чистый свинец в радиационно-защитный материал, его смешивают со связующими веществами и добавками, получая гибкий свинцово- виниловый лист. Затем из этих листов набирается необходимая толщина защитного покрытия. Существует три стандартных уровня защиты, эквивалентных свинцу, для традиционной одежды с радиационной защитой из свинца: 0,25 мм, 0,35 мм и 0,5 мм.

Свинцовая композитная защита представляет собой смесь свинца с другими, более лёгкими металлами. Состав композита варьируется в зависимости от назначения, но обычно туда входят олово, резина, ПВХ, и другие металлы, ослабляющие радиацию. Экранирование из композиционной смеси на основе свинца легче (до 25%), чем свинец обычного сорта, при этом фактическая эффективность защиты остаётся на прежнем уровне.

Из других металлов, обладающих высокой радиационной стойкостью, следует отметить некоторые тяжёлые металлы, которые относятся к той же группе, что и свинец, и, следовательно, так же хорошо поглощают или блокируют излучение. В ряду высокой радиационной стойкости находятся олово, сурьма, вольфрам, висмут.

Стойкость полимеров

Радиационная стойкость полимеров и пластика сильно зависит от длины волны базового излучения, но с уменьшением длины волны (что характерно именно для рентгеновского и гамма-излучения) противорадиационная способность всех неметаллов снижается. Поэтому излучение высокой энергии часто приводит к снижению характеристик удлинения и развитию хрупкости в полимере.

радиационная стойкость материалов

Общий срок службы пластика зависит от общего количества поглощённого излучения. Такие материалы, как полиэстер или полиамид, обладают удовлетворительной устойчивостью к гамма-излучению и рентгеновским лучам. Наоборот, полиэтилен (особенно высокого давления) весьма чувствителен к радиации, и поэтому в активных ионизирующих средах не применяется.

Информацию, касающуюся радиационного сопротивления пластмасс, следует рассматривать только как ориентир, поскольку различный химический состав пластика, мощность дозы, уровень механического напряжения, температура окружающей среды играет основную роль в противорадиационной стойкости. Обычно рекомендуется проводить экспериментальное тестирование применительно к конкретным условиям.

Стойкость органических веществ

Радиационная стойкость материалов органического происхождения – сельскохозяйственных культур, кустарников, деревьев – важна для оценки их экологической безопасности при потреблении (овощи, фрукты) и проведении сезонных лесохозяйственных работ, например, при высадке саженцев.

Высокие дозы облучения, используемые при попытках произвести стерильные или пригодные для длительного хранения фрукты или овощи, ухудшают вкус продуктов. При этом их безопасность (при сравнительно низких дозах облучения, ниже 3 кГр) для потребления полностью обеспечивается. С другой стороны, облучение эффективно убивает бактериальные патогены в свежих, а также свежесрезанных овощах и фруктах. Эта эффективность распространяется на некоторые бактериальные патогены человека, а также на бактериальные фитопатогены, что приводит к увеличению сроков сохранения органики. Более устойчивыми к облучению являются патогенные вирусы и грибы.

Таким образом, радиационное облучение считается одним из наилучших способов безопасности потребления фруктов и овощей.

Российские химики открыли материалы, стойкие к действию радиации

ТАСС, 16 октября. Нижегородские ученые выяснили, что металлорганические соединения некоторых редкоземельных металлов необычно хорошо поглощают радиацию. Они помогут защитить от ионизирующего излучения спутники и улучшить атомные электростанции (АЭС). Работу ученых опубликовал научный журнал Scientific Reports. Кратко об этом сообщает пресс-служба Российского научного фонда (РНФ).

"Столь высокая радиационная устойчивость поможет в будущем разработать установки для прямого преобразования ядерной энергии в электричество. Это позволит создать АЭС нового поколения", - рассказал пресс-службе один из авторов исследования Михаил Бочкарев, профессор Института органометаллической химии Российской академии наук (РАН) и Нижегородского государственного университета.

Радиация от кактуса до Фукусимы.

Работе спутников и космических кораблей в космосе угрожают не только резкие перепады температур, вакуум и механические нагрузки, но и высокий уровень ионизирующего излучения. Два его главных источника - Солнце и космические лучи. Радиация опасна не только для экипажа космических кораблей, особенно при полетах в дальний космос, но и для электронной аппаратуры и обшивки самих пилотируемых аппаратов и беспилотных зондов.

В последние годы ученые активно пытаются решить эту проблему, создавая различные покрытия и наночастицы, которые могли бы поглощать ионизирующее излучение, преобразовать его в другие формы энергии и при этом не разрушаться. Бочкарев и его коллеги значительно расширили защитный арсенал будущих марсонавтов, строителей и работников АЭС и прочих опасных объектов, экспериментируя с соединениями лантана, иттербия, церия и других редкоземельных металлов, а также ряда сложных фторорганических молекул.

Редкоземельный щит

Как отмечает химик, неорганические соединения этих элементов сами по себе необычно хорошо поглощают радиацию, однако ученых давно интересовало, можно ли соединить их с органикой так, чтобы последнюю не разрушали облучение достаточно сильными пучками гамма-излучения, космические лучи или другие формы ионизирующего излучения.

Создавая различные комплексные соединения редкоземельных элементов и органики, исследователи достаточно долго облучали их мощными потоками нейтронов и гамма-квантов. Специалисты наблюдали за тем, смогут ли молекулы этих химических веществ выдержать дозы радиации, которые превышают смертельную для человека почти в тысячу раз.

Эти эксперименты показали, что некоторые из соединений церия, иттербия и органических молекул были невероятно стойки к действию радиации. Они почти не меняли своей структуры даже после поглощения более 900 Грэй ионизирующего излучения, смертельной дозы радиации для большинства существующих солнечных батарей и прочих полупроводниковых электронных приборов.

Единственный недостаток этих соединений - они постепенно становятся радиоактивными при облучении очень большим количеством нейтронов из-за того, что часть атомов редкоземельных металлов поглощает эти частицы и превращается в нестабильные изотопы. Однако это не мешает им блокировать действие радиации и не приводит к разрушению молекул.

"Мы обнаружили, что металлорганические комплексы редкоземельных металлов, в частности, лантаноидов, обладают высокой радиационной устойчивостью. Их можно использовать при конструировании приборов для работы в космических аппаратах или на АЭС. Устройства на основе этих комплексов также могут быть полезны на предприятиях по переработке и обогащению радиоактивных веществ и на территориях, подвергшихся их заражению", - подытожил Бочкарев.

Радиация бывает разной. Откуда она берется и нужно ли пить алкоголь после флюорографии?

Радиацией ученые называют разные вещи, среди которых та самая, рукотворная и смертоносная, не столь уж заметна. В широком смысле радиация — это любое излучение, включая почти безобидный солнечный свет. Например, метеорологи употребляют термин "солнечная радиация" для оценки количества тепла, которое получает поверхность нашей планеты.

Часто радиацию отождествляют с ионизирующим излучением, то есть лучами или частицами, способными оторвать от атомов и молекул электроны. Именно ионизирующее излучение повреждает живые клетки, вызывает поломки ДНК. Это та самая радиация, но она далеко не всегда рукотворна.

Если излучение не ионизирующее, оно все равно может быть вредным. Как гласит поговорка астрономов, посмотреть на Солнце в телескоп без фильтра можно всего два раза: правым и левым глазом. Тепловое излучение вызывает ожоги, а пагубный эффект СВЧ известен всем, кто неправильно рассчитывал время пребывания еды в микроволновке.

Ионизирующее излучение — тоже

Ионизирующее излучение бывает разных видов. Это гамма- и рентгеновские лучи (электромагнитные волны), бета-частицы (электроны и их античастицы, позитроны), альфа-частицы (ядра атомов гелия), нейтроны и просто осколки ядер, летящие с огромной скоростью, достаточной для ионизации вещества.

Некоторые виды радиации (далее в тексте она будет синонимом "ионизирующего излучения") — альфа-частицы, к примеру — задерживает фольга или даже бумага. Другие, нейтроны, поглощаются веществами, богатыми атомами водорода: водой или парафином. А для защиты от гамма-лучей и рентгена оптимален свинец. Поэтому ядерные реакторы защищают многослойной оболочкой, которая рассчитана на разные виды излучения.

Источников радиации много

Большая часть ионизирующего излучения возникает при распаде ядер нестабильных (радиоактивных) атомов. Второй источник — реакции уже не распада, а слияния атомов, термоядерные. Они идут в недрах звезд, включая Солнце. За пределами атмосферы Земли и ее магнитного поля солнечное излучение включает в себя не только свет и тепло, но также рентгеновские лучи, жесткий ультрафиолет и разогнанные до внушительной скорости протоны.


Протоны наиболее опасны для оказавшихся в дальнем космосе. В год повышенной солнечной активности попадание под пучок протонов даст смертельную дозу облучения за считаные минуты. Это примерно соответствует фону вблизи разрушенного реактора Чернобыльской АЭС.

Рентгеновские лучи возникают при движении электронов с ускорением, поэтому их, в отличие от всего остального, можно включить и выключить, направив пучок электронов на металлическую пластинку или заставив тот же пучок колебаться в электромагнитном поле.

Земля и даже бананы радиоактивны

Наша планета тоже радиоактивна. Горные породы, включая гранит и уголь, содержат уран, торий и испускают газ радон (если дом построен на скальных породах и плохо проветривается, то из-за радона у жителей повышается риск заболеть раком легких). Часть вреда от курения связана с полонием-210 в табачном дыме, крайне активным и потому опасным изотопом. Да что там табак — если съесть обычный банан, то каждую секунду в организме будет проходить 15 реакций распада калия-40.

Впрочем, есть бананы не опасно, а уран в граните, радон в воздухе, калий и радиоуглерод в еде, космические лучи — все это составляющие естественного радиационного фона. Природа нашла, как в нем существовать, и та же ДНК имеет мощнейшие механизмы починки.

Народные средства не помогают от радиации

Известны народные средства, которые якобы помогают "вывести радиацию из организма": йод и алкоголь. На самом деле йод применяют только в одном случае: когда произошел выброс йода-131, короткоживущего изотопа, который вырабатывается в ядерных реакторах. Препараты с обычным йодом замедляют усвоение радиоактивного. А людям с неправильно работающей щитовидной железой избыток йода может навредить.

Что же касается алкоголя, то достаточно сказать, что в найденных нами протоколах профилактики лучевых поражений он не упоминается вовсе. Да, если послушать армейские байки, спирт работает как лекарство вообще от всего, но в армейских байках иногда и крокодилы летают. Не стоит смешивать фольклористику с биохимией и радиобиологией. Препараты, которые способствуют выводу радионуклидов, существуют, но у них столько побочных эффектов и ограничений, что мы про них специально не будем говорить.

На источник излучения изредка можно наткнуться

Возможно, эти мифы живучи потому, что облучиться можно не только рядом со сломавшимся ядерным реактором или в кабинете врача. Источники излучения иногда забывали в списанных приборах для поиска скрытых дефектов, были зафиксированы случаи потери медицинских источников, а несколько лет назад школьник из Москвы купил на радиорынке рентгеновскую трубку, подключил ее дома и заработал лучевой ожог руки. В Южной Америке случилась еще более вопиющая история. В больнице был потерян светящийся радиоактивный порошок, который местные дети нашли и использовали в качестве грима. Вечеринка закончилась грустно.

Чтобы такого избежать, нужно просто не тащить в дом неизвестные предметы и не разбирать их на части. В конце концов, что такого необходимого для хозяйства можно найти в подвале больницы? А если вы считаете себя опытным исследователем заброшенных пространств, то наверняка слышали, что приличный сталкер оставляет после себя объект в том же виде, в котором застал.

Микроволновки и смартфоны не вредят

Микроволновые печи и смартфоны — источники не той радиации. Энергии микроволн недостаточно для того, чтобы оторвать электроны от ядер атомов. Медики и биологи спорят о том, как СВЧ-излучение в малых дозах может влиять на человеческий организм, но пока результаты скорее обнадеживающие: сопоставление целого ряда разных масштабных исследований указывает на то, что связи между телефонами и злокачественными опухолями нет.

Читайте также: