Насколько радиоактивен диоксид урана, используемый в ядерном топливе? Что имеет большую удельную (на единицу массы урана) активность: урановая руда или диоксид урана?

Еще супруги Кюри обнаружили, что удельная активность урановых руд (в пересчете на содер­жащийся в них уран) значительно превосходит активность выделенного из них химически чи­стого урана. Причина этого заключается в том, что в рудах, помимо урана, содержатся менее долгоживущие продукты его распада. Они образуют так называемые радиоактивные цепочки, или ряды, и находятся в состоянии радиацион­ного равновесия (сколько ядер любого члена ряда в единицу времени образуется, столько же и распадется). При этом активность любого чле­на ряда равна активности исходного материала (урана), а количество ядер обратно пропорцио нально периоду полураспада. Поэтому удельная активность урановой руды возрастает, в сравне­нии с чистым ураном, во столько раз, сколько радиоактивных ядер в рассматриваемом ряду -14 у урана-238 и 11 - у урана-235. Среди них -открытые Пьером и Марией Кюри полоний и радий, а также самый тяжелый инертный газ -радон. Заканчиваются оба ряда стабильными изотопами свинца.

Для установления радиационного рав­новесия необходимо время, в несколько раз превышающее период полураспада наиболее долгоживущего члена ряда. В природе такое время у изотопов урана было - возраст Зем­ли составляет, по современным представле­ниям, свыше десяти миллиардов лет. Однако если выполнить химическую очистку урана от дочерних радионуклидов (а именно это и происходит на одном из начальных эта­пов и производства ядерного топлива), то в нем за относительно короткое время его хранения накопятся только короткоживущие члены ряда, непосредственно следу­ющие за ядрами урана. В ряду урана-238 таких два (торий-234 и протактиний-234), в ряду урана-235 - один (торий-231). Со­ответственно уменьшается и удельная ак­тивность, которая у топливного урана при­близительно в 5 раз меньше, чем у руды (в пересчете на уран). У топлива для реакто­ров ВВЭР-1000 и РБМК-1000 она равна 0,14 и 0,086 МБк/г, соответственно.

Интенсивность же излучения, измеряе­мая внешними детекторами, упадет для то­пливного урана еще гораздо сильнее, чем для руды, так как она обусловлена в основ­ном гамма-излучением. Испускающие же его дочерние продукты распада чистого то­пливного урана (в частности, радий) смогут достичь равновесных количеств в материале топлива лишь через несколько миллионов лет. Сам же уран гамма-излучения почти не испускает, а его альфа-излучение целиком задерживается самим материалом.