Почему над АЭС светится воздух?

Известно, что пары воды принадлежат к числу наиболее распространенных компонентов атмосферы и при их оптимальном содержании во влажном воздухе возникают условия, обеспечивающие длительное свечение ионизированной среды. Независимо от вида ионизирующего излучения, имеются по крайней мере три самостоятельные стадии, разделенные во времени и в пространстве, обеспечивающие устойчивое в конечном итоге послесвечение влажного воздуха:

- испарение воды, если она представляет собой аэрозоль;

- разложение молекул воды (пара) за счет энергии ионизирующего излучения;

- протекание целого комплекса физико-химических реакций, в результате которых образуется холодная неравновесная плазма с длительным послесвечением.

В природных условиях при малой величине радиационного фона с энергетической точки зрения наиболее благоприятным является случай, когда исключается стадия испарения воды, а водяной пар уже присутствует в атмосфере (например, весной из-за интенсивного испарения влаги с поверхности земли, при восходе Солнца и прогреве земли в утренние часы конца лета, при ясной, жаркой погоде над поверхностью морей и океанов и пр.).

Образование свободных атомов водорода по каналам реакций должно сопровождаться генерацией СВЧ-излучения на частоте 1420 МГц, причина появления которого обусловлена сменой ориентации спина электрона в атоме водорода на противоположную вследствие слабых соударений атомов водорода в воздухе (с параллельной на антипараллельную, более выгодную в энергетическом отношении). Последнее обстоятельство интересно в двух отношениях. Во-первых, даже при слабом уровне радиационного фона возможна генерация радиоизлучения, которое можно легко зарегистрировать на значительном расстоянии от источника радиоактивного загрязнения. Во-вторых, за счет дополнительной "подсветки" СВЧ-излучением воздушной среды, подвергающейся воздействию ионизирующего излучения, можно усилить эффективность действия радиационного фона и тем самым обнаружить его.

Кроме частоты 1420 МГц, указанные мероприятия можно также осуществить на частотах 1612, 1665, 1667 и 1721 МГц. Эти частоты соответствуют сверхтонким переходам в молекуле радикала ОН, который присутствует, подобно водороду, практически во всех реакциях разложения воды.

Необходимо отметить, что в отличие от молекул воды другие компоненты воздуха требуют для своего разложения, как правило, более высокого энерговклада.

Из радиофизики известно, что при распространении СВЧ-излучения в среде с переменной диэлектричской проницаемостью происходит отражение радиоволн (это используется в радиолокации). Пары воды обладают большой диэлектрической проницаемостью и при их разложении проницаемость среды будет изменяться, что может служить дополнительным критерием при радиолокационной съемке загрязнения окружающей среды. Использование лазерного излучения в этом случае вряд ли приведет к такому же результату.

Таким образом, "свечение" воздуха над объектами ядерной энергетики является не первопричиной, а следствием аварий на них и может служить надежным индикатором повышения радиационного фона.

Исследования и расчёты провели молодые ученые из Сколково (вот сайт сайт общежития, где они проживают, а еще подробнее о нем можно тут прочитать.)

Евгений Протасевич доктор физико-математических наук, профессор Томского политехнического университета