Критерий выбора технологии утилизации реакторного графита
Дата: 17/11/2020
Тема: Обращение с РАО и ОЯТ


Германский А.М. к.т.н, Санкт-Петербург

Работа посвящена анализу рисков, связанных с содержанием радиоактивного углерода  в утилизируемом графите. В течение многих лет автор исследовал последствия поступления радиоактивного углерода в виде 14СО2 в природную среду и последствия этого загрязнения.



Радиоактивный углерод, преобразуясь в радиоактивный диоксид углерода 14СО2, поступая в атмосферу, связывается растениями и по пищевой цепочке оказывается во всех живых организмах, в том числе, человеке. Становясь частью генетических молекул, он серьезно сказывается на продолжительности жизни человеческих популяций. Это говорит о важности системного анализа риска обращения с радиоактивным графитом, несмотря на чрезвычайно малые концентрации 14СО2 в атмосфере.

Образование радиоактивного углерода в реакторе происходит в основном в результате реакции 14N + n → 14C + p.

 Образующийся в отсутствии кислорода 14С в виде ультрадисперсных частиц адсорбируется на поверхностях реакторного графита. Суммарная активность такого графита показана в табл. 1.

Табл.1 Суммарная активность радиоактивного графита

Суммарная активность реакторного графита уже сейчас в разы превышает количество бомбового углерода, который был выброшен в атмосферу в период ядерных испытаний в атмосфере 1945-1980 гг. Поэтому понятно, насколько важен правильный выбор способов утилизации реакторного графита.

Одним из критериев, которому посвящена данная работа, является отсутствие стадий, на которых происходит образование диоксида углерода. В противном случае выделившийся в составе диоксида углерода 14С приобретает биогенный характер. Его влияние на здоровье человека происходит по весьма драматичному сценарию, который более 60 лет назад сформулировал академик А.Д.Сахаров. Оценки, сделанные Сахаровым в 1958 г., показали, что в результате ядерных испытаний в атмосфере содержание 14С в атмосфере  увеличится в разы (рис.1).

Рис. 1. Вариации содержания радиоуглерода в атмосфере за последние 500 лет

От такого ффекта пострадают миллионы людей. Руководству ядерных стран хватило мудрости оценить последствия от увеличения концентрации 14С в атмосфере для здоровья людей. И принять решение о запрете испытания ЯО в воздухе.

Пик концентрации 14С пришелся на 1965 г., когда его содержание в 1,7 раза превысило значение первоначального периода. Данная конференция, посвященная «Выводу из эксплуатации АЭС с уран-графитовыми реакторами, обращению с облученным реакторным графитом» позволяет испытывать осторожный оптимизм и надежду, что подобная мудрость будет проявлена и в этот раз при выборе технологии утилизации реакторного графита.

Оппоненты могут возразить: исходная концентрация 14С столь мала (1 атом изотопа на 1012 атомов углерода), что не может играть значимой роли в смертности людей даже при увеличении её в разы. С учетом численных значений периода полураспада 14С – T=5730 лет; количества атомов углерода, входящих в состав молекул ДНК человека – N0= 5×1025) можно рассчитать примерное число трансмутационных дефектов, возникающих в организме человека за год - Nt=1 по формуле:

Nt=1 = 10-12×N0×(1-2 -1/T) (1)

Суммарное количество ДНК в гаплоидном геноме человека равно 3,4×109 нуклеотидных пар азотистых оснований. В одной нуклеотидной паре в среднем 9 атомов углерода. Количество клеток в организме человека ~1015. Соответственно, суммарное число атомов углерода, входящих в ядерный геном человека, составляет

3,4×109×9×1015 =3,1×1025. То есть Nо=3,1×1025.

Количество трансмутационных эффектов, возникающих в организме человека за год (Nt) по формуле (1):

Nt =Nо(1 – 2-1/T)/1012 = 3,1×1025×(1 – 2-1/5730)×10-12 ≈ 6×109

За год в организме человека происходит 6*109 подобных эффектов, то есть - сотни ежесекундно.


Динамика естественной смертности населения

Установить факт непосредственного воздействия 14С  на организм человек позволяет анализ динамики естественной смертности населения в разные исторические периоды. Были изучены как динамика самой  естественной смертности, так и параметров её возрастной зависимости – Rе и αе, т.н. параметры Гомперца. Показатель смертности отражает вероятность гибели человека в течение года, которая с возрастом, как это впервые было показано в 1825 г. специалистом по страхованию жизни Б. Гомперцом, экспоненциально возрастает.

Показатель общей смертности населения обусловлен смертью людей, как от естественных, так и от случайных причин (несчастных случаев, травм, убийств, стихийных бедствий, эпидемий и т.д.). Экспоненте строго подчиняется именно возрастная зависимость смертности от естественных причин (qe), которая интересует нас в данном анализе:

qе=Rе×exp(αе×t)  (2),

где Rе, αе – коэффициенты возрастной зависимости естественной смертности (параметры Гомперца); t – возраст человека.

Возрастная зависимость естественной смертности представляет собой параметрическую экспоненту, где предэкспонента - коэффициент Rе, подэкспонента - коэффициент αе, умноженный на время жизни.

Эта формула была выведена Б. Гомперцем, служащим страховой компании, который обрабатывал данные по смертности людей для установления оптимальных налогов при страховании жизни.

В период снижения концентрации 14СО2, который заканчивался в 1950 г., наблюдалось снижение 14С, обусловленное сжиганием мертвого углерода – нефти, каменного угля, природного газа, в которых 14С давно ушел в небытие. Это явление впервые было открыто Зюссом: снижение концентрации 14С в атмосферном СО2 из-за поступления в атмосферу нерадиоактивного углерода, выделяющегося при сжигании ископаемого топлива. И названо его именем.

После 1950 г., когда произошел всплеск концентрации 14С, связанный с проведением ядерных взрывов в атмосфере, концентрация радиоуглерода в биосфере, в том числе и в
организме людей, резко (в историческом масштабе) возросла – более чем в 1,5 раза, а после запрета на испытания с 1965 г. стала стремительно падать. Практически синхронно с этой кривой варьирует смертность среди мужчин.

Рис.2. Историческая динамика естественной смертности населения Норвегии и Швеции в возрасте 50-ти лет:

1, 2 – мужское и женское население Норвегии; 3, 4 - мужское и женское население Швеции.

В первый период монотонного снижения 14С на 2,5 промиля с 1950 г. наблюдается стабильное понижение смертности населения на 60-70% относительно начала периода, т.е. 1950 г. Параметры Гомперца Rе, αе, в первый период характеризуются разнонаправленными трендами: Rе монотонно снижается, αе монотонно возрастает независимо от гендерной принадлежности изучаемых групп населения.

Рис. 3. Историческая динамика параметров Rе и αе возрастной зависимости естественной смертности населения: а) – Норвегия; b) – Швеция

Из графиков видно, как радикально меняется картина естественной смертности во втором периоде, когда произошел всплеск концентрации 14С. За ростом концентрации 14С (рис.2) произошел всплеск естественной смертности мужского населения Норвегии. И уменьшение практически до нуля смертности  мужского и женского населения Швеции. После определенного временного лага упали темпы снижения смертности  женского населения Норвегии.

Во второй период, как правило, экстремальная форма – максимум 14С  - приобретает взрывной характер (рис.3), максимумы и минимумы в динамике Rе и αе. Будем рассматривать это как индикатор нештатных процессов. В период повышенной концентрации 14С в атмосфере происходит изменение профиля возрастной зависимости естественной смертности людей.

Аналогичная картина наблюдается для других стран Западной Европы (рис.4), Австралии, США, что указывает на глобальный характер данного явления.

Рис.4. Динамика естественной смертности населения Дании в возрасте 67 лет

Кривые 1,2,3 – мужское население; кривые 4,5,6 – женское население; 1 и 4 – смертность; 2 и 5 - вероятный ход кривых смертности после 2002 г.; 3 и 6 – основной тренд исторической динамики смертности.

Анализ исторической динамики смертности проведен на примере более 20 стран мира.

 

Выводы

Внедрение технологий, решающих проблему утилизации реакторного графита, в которых предусмотрены стадии, сопровождающиеся образованием диоксида углерода – 14CO2 недопустимо.

Выделившийся на таких стадиях в атмосферу в составе диоксида радиоуглерод приобретет биогенный характер.

Если от подобных «грязных» технологий не отказаться заблаговременно, то количество вновь поступившего в атмосферу радиоуглерода может превысить количество бомбового 14С, выброшенного в атмосферу за весь период атмосферных испытаний 1945-1980 гг. со всеми вытекающими последствиями.

 

Эпидемия коронавируса как эхо ядерных испытаний в атмосфере

С позиции радиоуглеродного механизма старения (РМС), в индустриально и социально развитых странах, где общая смертность наиболее близка к естественной, следует ожидать период ее подъема и последующий спад. Согласно динамике содержания радиоуглерода в биосфере, в этот процесс будет вовлечено население, родившееся в период с 1956 по конец 1990-х гг. При этом координаты максимума M естественной смертности населения той или иной возрастной группы на исторической шкале будут соответствовать максимуму концентрации радиоуглерода в биосфере (1966 г.) плюс возраст группы t: М = t+(1966±2), год. Этот прогноз был опубликован еще в 2013 г., задолго до происходящих в настоящее время эпидемиологических событий, что исключает его конъюнктурную направленность.

 

Литература

1. О.В. Бодров, В.Н. Кузнецов, О.Э. Муратов, А.А. Талевлин. Обращение с реакторным графитом. Возможные решения при выводе из эксплуатации реакторов РБМК. Журнал «Атомная стратегия XXI» №159. С.3.

2. А. Д. Сахаров. Радиоактивный углерод ядерных взрывов и непороговые биологические эффекты. Атомная энергия 1958; т. 4; № 6: 576-580.

3. Germanskaia A.A. Natural background radioactive carbon and the natural death rate of people//Rejuvenation Research. 2006. Vol.9, N2. P. 302- 308.

4. Gompertz B. On the nature of the function expressive of the law of human mortality and on a new mode of determining life contingencies// Philos. Trans. Roy. London. 1825. Vol.A. N115. P.513 - 585.

5. Германский А.М. Математическая модель накопления дефектов в ДНК и закономерности смертности людей. В сб. статей. Доклады МОИП. Том 55. Секция Геронтологии. С. 53-69. М.: МОИП, 2013. 107 с.

6. Германский А.М. Радиоактивный углерод в атмосфере и естественная смертность людей. LAP Lambert Academic Publishing (2019-01-10)

 

Статья подготовлена по материалам доклада на конференции по выводу из эксплуатации уран-графитовых реакторов, октябрь 2020 г. Сосновый Бор







Это статья PRoAtom
http://www.proatom.ru

URL этой статьи:
http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=9435