Под Новый год мы все привыкли ждать чудес. Но благодаря науке они случаются не только 31 декабря. К примеру, для того, чтобы из обычного кобальта получить ценную частицу, которую затем можно использовать для стерилизации продуктов и лечения онкологических заболеваний, не нужна никакая магия: достаточно ловкости рук и немножечко времени. Лет пять.
Дополнительный кобальтовый поглотитель. Источник фото: пресс-служба Курской АЭС
Предновогодняя суета. По телевизору показывают первую часть киноэпопеи «Ёлки», и бодрый голос Хабенского рассказывает про теорию шести рукопожатий. Вы старательно проверяете стратегические запасы мандаринов в холодильнике и планируете разнообразить фруктовый набор, к примеру, манго. Спешно собираетесь в магазин, в продуктовом радостно подмечаете, что манго хватит на всех желающих, и берете в руки самый симпатичный из представленных экзотических фруктов, дабы изучить его на предмет зрелости. А где-то в Москве в это время опытный хирург проводит сложнейшую операцию гамма-ножом. И всего лишь в нескольких десятках километров от Санкт-Петербурга один из энергоблоков Ленинградской АЭС выработал очередной киловатт-часов электроэнергии.
Вы наверняка зададитесь вопросом: а какое отношение имеют друг к другу манго, гамма-нож и АЭС? Если следовать логике упомянутого новогоднего фильма, то все выше перечисленное связано вместе собственной «теорией рукопожатий», а именно радиоизотопом, кобальтом-60. Каким же образом?
Радиоизотопы – это такие частицы, которые делают нашу жизнь немного безопасней и легче. Но если по-научному, то радиоактивный изотоп – это особый вид атомов (нуклиды), ядра которых нестабильны. Они испытывают радиоактивный распад, в результате чего высвобождается большое количество энергии. Кобальт-60 – один из таких радиоизотопов, редко встречающийся в природе из-за своей нестабильности (маленького периода полураспада). Проще всего его получить из природного и более стабильного «собрата» - изотопа Со59.
Производство Сo60 называется наработкой. В России эту технологическую операцию осуществляют на атомных станциях, а именно на реакторах так называемого Чернобыльского типа – РБМК-1000.
Как это происходит?
Представьте себе гигантские соты где-то метров 7 глубиной – это реакторная установка РБМК-1000. В «ядерных» сотах ячейки – это графитовая кладка, куда загружается топливо. А теперь представим длинный – по размеру графитовой кладки - стержень, собранный из 16 звеньев. В каждом из них по 6 пеналов, наполненных таблетками никелированного кобальта – того самого Со59. Вся эта конструкция называется дополнительным кобальтовым поглотителем (ДП). Атомщики помещают каждый такой стержень в специальный тренажерный стенд, откуда при помощи разгрузочно-загрузочной машины (РЗМ) загружают ДП в реакторную установку. Все, кобальт-59 исчезает в недрах центрального зала энергоблока с реактором типа РБМК-1000. А дальше начинается самое интересное (но этого, к сожалению, понаблюдать уже не получится): активация кобальта-60, или процесс превращения одного изотопа кобальта в другой.
Так, а это что такое?
Природный Со59, находясь в реакторной установке, подвергается бомбардировке тепловыми нейтронами, захватывает их и постепенно переходит в Со60. Поэтому изотоп называется активационным (т.е. полученным в результате поглощения нейтронов).
Остается самое главное: выяснить, насколько это безопасно. К конструкции реакторов РБМК-1000 вопросов возникает много, но в данном случае она становится преимуществом: ничего не изменяя в реакторе и не нарушая технологического цикла (т. е. работы блока), атомщики используют незадействованные ячейки для наработки изотопа. Перед началом подобных операций каждый энергоблок тщательно проверяется Ростехнадзором. Использование дополнительных кобальтовых поглотителей не меняет нейтринно-физических характеристик реактора, так что да, это безопасно.
В России производством кобальта занимаются уже более 20 лет на атомных станциях с реакторами РБМК-1000. В конце 90-х нарабатывали изотоп на Ленинградской АЭС, несколько лет назад к ней подключились Курская и Смоленская станции. Превращение одного кобальта в другой, как оказалось, процесс длительный: через 5 лет из реакторной установки извлекут поглотитель с изотопом. Затем атомщики разделят дополнительные кобальтовые поглотители на элементы при помощи специального оборудования и поместят их в транспортные контейнеры.
Загрузить в «ядерную» ячейку кобальт-59, а потом достать кобальт-60 – и кто сказал, что физика - это не магия?
Полученный радиоизотоп кобальт-60 широко применяется во многих сферах жизни, начиная от стерилизации продуктов и заканчивая промышленностью. Когда мы говорим о применении кобальта-60, то для начала стоит сказать о ядерной медицине. Радиоизотопы используются в ней сравнительно мало, но тем не менее очень важны. Известно, что раковые опухоли чувствительны к радиации, таким образом, некоторые образования можно устранять (или замедлять процесс появления новых клеток) путем облучения. Процедура известна как радиохирургия гамма-ножом, и в первую очередь, в этой операции нуждаются некоторые больные со злокачественной опухолью мозга. Как она проходит? Гамма-нож – это специальная установка, состоящая из сотен источников гамма-излучения, закрытых специальной поглощающей шторкой и расположенных вокруг головы пациента. Внешнему точечному облучению лучами подвергается только участок мозга, пораженный раковой опухолью. По данным Всемирной ядерной ассоциации, ежегодно в мире проводится около 30 тыс. подобных операций.
Кроме того, радиоизотоп применяется в брахитерапии – вид терапии, когда несколько капсул с источником излучения вводится внутрь пораженного органа. Этот вид внутреннего облучения применяется, к примеру, при раке груди. Кобальт-60 имеет преимущество перед остальными изотопами, так как наносит своим излучением меньший вред окружающим органам. И, конечно, стерилизация различных медицинских изделий.
Кстати: не только манго стерилизуется при помощи радиоизотопа кобальта, но еще морепродукты и самые разнообразные специи.
В промышленности Со60 незаменим при проверке качества сварных соединений – дефектоскопии. Не забываем и про науку: ученые при помощи радиоизотопа создают мощные поля гамма-излучения, которые используются для исследования свойств материалов и оборудования (различных микросхем и пластика) и их изменением под воздействием облучения.
Оказывается, теорией шести рукопожатий можно свести не только совершенно не знакомых друг другу людей, но и такие разные сферы человеческой жизни, как производство электроэнергии, медицину, питание и промышленность. Хорошо, что у нас есть наука, и чудеса случаются не только раз в год.
Это новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.
