Цивилизация
Специалисты по химии атмосферы из Университета Калифорнии в Сан-Диего провели первое детальное количественное исследование объемов утечки радиации, произошедшей при охлаждении морской водой ядерного реактора станции Фукусима, пострадавшего от землетрясения и цунами в марте этого года. Их работу публикует Proceedings of the National Academy of Sciences.
«Любое стихийное бедствие дает нам шанс многому научиться, анализируя то, что произошло», — считает Марк Тименс, руководивший работой.
28 марта 2011 года, через 15 дней после того, как операторы станции начали закачивать морскую воду в поврежденный реактор, группа Тименса зарегистрировала беспрецедентный пик концентрации радиоактивной серы в воздухе Ла-Хойи (Калифорния, США).
Они обнаружили, что источником радиации была японская АЭС.
Утечка продуктов ядерных реакций, в частности нейтронов, произошла при расплавлении стержней ядерного топлива. Нейтроны попали в морскую воду, закачанную в реактор. Там они прореагировали с хлорид-ионами, в изобилии присутствующими в морской воде (формула соли NaCl). Когда нейтрон выбивает протон из хлорида, тот преобразуется в радиоактивную серу (изотоп 35S).
Однако зараженная изотопом вода, попавшая в раскаленный реактор, мгновенно испарялась. Чтобы предотвратить взрыв накапливающихся паров, операторы станции отвели образующуюся газовую смесь — вместе с радиоактивной серой — в атмосферу.
Сера окислилась кислородом воздуха до диоксида и сульфат-анионов, с ветром и облаками добралась до Калифорнии, где её и зарегистрировали приборы Института океанографии Калифорнийского университета. Наблюдая атмосферные потоки, ученые проследили путь воздуха, в течение 10 дней двигавшегося из Японии к Калифорнии.
Исходя из этого, они посчитали, сколько радиации выделилось в окружающую среду в результате аварии на Фукусиме.
Количество нейтронов, прореагировавших с хлором с образованием радиоактивной серы, было рассчитано по объему морской воды, закачанной в реактор, а также параметрам реакции нейтронов с хлорид-ионами. Также были учтены потери радиоактивной серы в течение пути – в результате радиоактивного распада, а также потерь в боковых вихрях потока. С учетом этих факторов, между 13 марта, когда была начата закачка воды в реактор, и 20 марта во внешнюю среду выделялось 400 млрд нейтронов на 1 кв. м поверхности охлаждающих бассейнов.
Концентрация радиоактивного сульфата над океаном около Фукусимы составляла 200 000 частиц на куб. м, что в 365 раз выше естественного уровня.
Группа Тименса утверждает, что источниками обнаруженной в атмосфере радиоактивной серы были именно ядерное топливо в реакторах или отстойники станции. Космические лучи могут создавать небольшие концентрации радиоактивной серы в верхних слоях атмосферы, однако они редко смешиваются с нижними слоями над океаном, где проводились измерения.
В течение четырех дней, 24–28 марта, измеренная концентрация составляла 1501 атом радиоактивной серы на кубический метр воздуха – это самое большое значение за более чем два года наблюдений на этом участке.
Даже потенциальная «подпитка» из стратосферы – редкое событие, приводящее к естественному росту содержания радиоактивной серы в нижних слоях атмосферы – могло бы увеличить концентрацию лишь до 950 атомов на куб. м.
В то же время
выброс радиоактивной серы из Фукусимы начал интересный научный эксперимент в никак не связанных с аварией областях.
В частности, разовый выброс «меченых» атомов серы позволяет проследить пути циркуляции газов в атмосфере, а также серосодержащих веществ в почвах Японии. Этот «эксперимент, в частности, поможет лучше понять циклы отдельных химических элементов в окружающей среде». Эту работу группа Тименса уже начала в Японии.