Аварии на радиационно опасных объектах

К радиационно опасному объекту (РОО) относят объект, на котором хранят, перерабатывают, используют или транспортируют радиоактивные вещества, при аварии на котором или его разрушении может произойти облучение ионизирующим излучением или радиоактивное загрязнение людей, сельскохозяйственных животных и растений, объектов экономики, а также окружающей природной среды.

Особое место среди РОО занимают атомные электростанции (АЭС), атомные теплоэлектроцентрали (АТЭЦ), атомные станции теплоснабжения (ACT) и атомные станции промышленного теплоснабжения (АСПТ).
Основным и наиболее опасным элементом атомных станций является ядерный реактор. На атомных электростанциях наиболее широко распространены корпусные водоводяные энергетические реакторы ВВЭР (теплоноситель и замедлитель нейтронов - вода) и водо-графитныс реакторы канального типа РБМК - реактор большой мощности, канальный (теплоноситель вода, замедлитель графит).
Основные параметры ядерных реакторов приведены в табл.
Основные параметры ядерных реакторов

Параметры	ВВЭР- 440	ВВЭР- 1000	РБМК- 1000	РБМК-1500
Мощность: электрическая МВт	440	1000	1000	1500
тепловая, МВт	1375	3000	3200	4800
КПД,%	32	34	31	31,2
Загрузка урана, т	42	66	192	189

В активной зоне реактора, где размещены тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы), происходит реакция деления ядер урана-235. В результате торможения осколков деления их кинетическая энергия преобразуется в тепловую и нагревает реактор.
Во время реакции в ТВЭЛах накапливаются радиоактивные продукты ядерного деления (ПЯД). Их качественный состав примерно тот же, что и осколков деления при взрывах ядерных боеприпасов, но количество радионуклидов по периоду полураспада существенно отличается.
Процесс деления в ТВЭЛах длится несколько лег, поскольку загрузка реакторов ядерным горючим осуществляется, как правило, не чаще одного раза в три года. За этот срок короткоживущие изотопы распадаются. Одновременно идет накопление радионуклидов с большим периодом полураспада (стронций Sr-90, цезий Cs-137, а также плутоний Ри-239 (-240,-241,-242).
Таким образом, при работе реакторов атомных станций в их активной зоне идет непрерывный процесс накопления:
во-первых, радиоактивных продуктов деления ядерного топлива, представляющих собой смесь радиоактивных изотопов 35 химических элементов;
во-вторых, радиоактивных изотопов за счет наведенной активности, таких как церий-51, магний -54, железо-59, кобальт -60.
При облучении нейтронами урана -238 в ядерном реакторе образуются и трансурановые альфа-активные элементы: плутоний-239, америций -241, нептуний -237, кюрий - 242 (243).
В ходе трехгодичного периода эксплуатации реактора процентное содержание долгоживущих радионуклидов (стронций - 90, цезий -137, плутоний -239 (-240, -241, -242) в ПЯД увеличивается. В случае радиационной аварии долгоживущие радионуклиды создают устойчивое радиоактивное загрязнение местности.
Несмотря на принимаемые технические и организационные меры, полностью избежать аварий на радиационно опасных объектах, и прежде всего на АЭС, пока не удается.
Все атомные электростанции мира производят примерно 375 гигаватт электроэнергии. (Для сравнения: на долю экологически чистых ветровых электростанции приходится чуть более 118 тыс. мегаватт электроэнергии, солнечная энергия служит источником лишь 288 мегаватт).
Радиационная авария (РА) - авария на радиационно опасном объекте, приводящая к выходу или выбросу радиоактивных веществ и (или) ионизирующих излучений за предусмотренные проектом для нормальной эксплуатации данного объекта границы в количествах, превышающих установленные пределы безопасности его эксплуатации.
Причины аварий на АЭС приведены в табл.
Причины аварий на АЭС

Причина аварий	Доля аварий, %
Ошибка в проектах, дефекты	30,7
Износ оборудования, коррозионные процессы	25,5
Ошибка оператора	17,5
Ошибка в эксплуатации	14,7
Прочие причины	11,6

Аварии на атомных станциях подразделяются на проектные и запроектные (гипотетические). Система технической безопасности АЭС, как правило, обеспечивает локализацию максимальной проектной аварии (МПА), но не позволяет избежать гипотетических аварий. Об этом свидетельствуют данные МАГАТЭ.
Так, в период с 1971 года по настоящее время в 14 странах, развивающих атомную энергетику, зарегистрированы около 200 аварий различной тяжести.
Крупнейшие аварии на атомных электростанциях мира
1957 год - В лаборатории по производству плутония, расположенном вблизи города Ливерпуля (Великобритания) произошла утечка радиоактивных материалов. В результате 39 человек погибли от онкологических заболеваний, вызванных радиоактивным заражением.
1961 год - авария на реакторе Idaho Falls (США). Погибло трое рабочих, утечки радиации, как было заявлено, не произошло.
1969 год - Авария на экспериментальном подземном ядерном реакторе неподалеку от Лозанны (Швейцария). Произошла значительная утечка радиации.
1975 год - пожар на атомной электростанции Browns Ferry (США). Была отмечена реальная угроза разгерметизации реактора.
1979 год - авария на электростанции Three Mile Island(США). Авария была вызвана грубыми ошибками персонала, обслуживающего реактор. Заражена значительная территория.
1981 год - авария на электростанции TVA Sequoyah. Произошла утечка более 40 тыс. литров радиоактивной жидкости.
1981 год - более 100 рабочих получили различные дозы радиации в результате аварии на электростанции Tsugura (Япония)
1986 год - на электростанции Kerr-McGee (США) получил повреждения контейенер с радиоактивными материалами. Один человек погиб, свыше 100 были госпитализированы.
1986 год - ужаснейшая катастрофа в истории человечества - авария на Чернобыльской АЭС (СССР, ныне Украина). Сразу погиб, как минимум, 31 человек. 135 тыс. человек пришлось эвакуировать из зоны заражения. Различные дозы радиации получили десятки тысяч человек, многие из них стали инвалидами. По оценкам специалистов, на сегодняшний день от последствий катастрофы уже умерло более 300 тысяч человек. А морально-психологические травмы получили гораздо больше людей, в том числе и в странах дальнего зарубежья. Мощность взрыва, потрясшего ЧАЭС, была эквивалентна 30-40 бомбам, сброшенным на Хиросиму и Нагасаки. 70% радиоактивных отходов пришлось на территорию Беларуси. По состоянию на январь 2001 года площадь загрязнения Беларуси цезием-137 с уровнями выше 37 кБк на квадратный метр составляла около 44 тыс. кв. км или 21% всей территории. К 2016 году площадь загрязнения Беларуси цезием-137 с уровнями 37 кБк на квадратный метр и более уменьшится в 1,5 раза по сравнению с первоначальной (1986 г.), а к 2046 году - только в 2,4 раза.
1999 год - авария на перерабатывающем предприятии Tokaimura (неподалеку от Токио, Япония). Прилегающие районы подверглись сильному радиоактивному заражению.
Хотя количество радионуклидов в активной зоне реактора велико, реальную опасность при аварии представляют только выброшенные из реактора радионуклиды. Доля выброса радионуклидов зависит от многих факторов, включая конструкцию реактора, состояние активной зоны, историю аварийного процесса и многое другое. Особенно опасны аварии на АС со взрывом, когда разрушение ЯЭР может привести не только к радиоактивному загрязнению больших площадей, но и к образованию ударной волны.
При авариях на АС характер радиоактивного загрязнения атмосферы и местности во многом определяется свойствами легколетучих радионуклидов, таких, как йод, цезий и в какой-то мере - стронций.
Так, доля активности радионуклидов, выброшенных аварийным реактором 4-го энергоблока ЧАЭС, составляла: йод-131-20%, цезий- 134-10%, стронций -90 - 4%, другие радионуклиды - от 2 до 5%.
Поскольку период полураспада основных продуктов деления, вызывающих радиоактивное загрязнение внешней среды сравнительно велик (исключение составляет йод - 131), такого резкого уменьшения мощности дозы, как это имеет место на следе ядерного взрыва, не наблюдается.
По закону спада мощностей доз излучения за 7-кратный промежуток времени при ядерном взрыве они уменьшаются примерно в 10 раз, а при аварии на АЭС - в 2 раза. На изменение динамики радиационной обстановки существенное влияние оказывают биологически опасные радионуклиды - цезий -137 и стронций -90, а плутоний -239, из-за большого периода полураспада (4,5-104 лет), не оказывает. Через год после катастрофы на ЧАЭС степень радиоактивного загрязнения уменьшилась примерно в 55 раз.
Виды ионизирующих излучений. Ионизирующие излучения по своей природе подразделяются на корпускулярные (альфа- и бета-частицы) и электромагнитные (гамма- и рентгеновские лучи). При искусственно вызванном распаде ядер вещества (ядерный взрыв, работа ядерного реактора или ускорителя электронных частиц и т.д.) наряду с перечисленными видами ионизирующих излучений имеет место также нейтронное излучение. Основными характеристиками ионизирующих излучений являются удельная ионизирующая способность (число пар ионов, образующихся на 1 см пути распространения излучения в данной среде), длина пробега частицы или расстояние, на котором электромагнитное излучение способно ионизировать среду, и скорость распространения излучения. Для одной и той же среды эти характеристики зависят от энергии излучения, которая в свою очередь определяется конкретным радиоактивным веществом.

Альфа-частицы представляют собой положительно заряженные ядра гелия, содержащие два протона и два нейтрона. Это сравнительно тяжелые частицы (массой в 7360 раз больше массы электрона) высоких энергий (2-8 МэВ), излучаемые почти исключительно ядрами тяжелых элементов - урана, плутония, тория, радона и т.д. Обладая значительными массой, зарядом и относительно небольшой скоростью движения (около 25000 км/с), альфа-частицы имеют высокую ионизирующую способность (40000 пар ионов на 1 см пути в воздухе). Вследствие большого расхода энергии на ионизацию длина пробега этих частиц незначительна и в воздухе составляет 1-8 см. В тканях организма человека, имеющих большую по отношению к воздуху плотность, длина пробега альфа- частиц ничтожна. Альфа-частицы не могут проникнуть ни через одежду человека, ни через кожный эпителий. Поэтому если источник излучения этих частиц находится вне организма (внешнее облучение), они не представляют сколько-нибудь серьезной опасности для здоровья людей. Однако при попадании этого источника внутрь организма, например, с пищей или воздухом (внутреннее облучение), альфа-частицы становятся исключительно опасными для человека.
Бета-частицы (электроны или позитроны) подобно альфа-частицам обладают способностью к ионизации вещества. Но поскольку масса бета-частицы значительно меньше массы альфа-частицы, среднее значение удельной ионизации бета-частицы в воздухе - около 100 пар ионов на одном сантиметре пути, а длина пробега - несколько метров при скорости частиц, близкой к скорости распространения электромагнитных излучений. При облучении тела человека длина ее пробега составляет всего несколько миллиметров. Бета-частицы задерживаются одеждой, а при внешнем облучении открытого тела человека, в зависимости от величины энергии излучения, они могут задерживаться в кожном эпителии, вызывая его пигментацию (так называемый “ядерный загар”) и ожоги кожи, либо проникать через него, образуя язвы на теле. Особую опасность для здоровья представляет попадание источника бета-излучения внутрь организма с пищей, водой и ингаляционным путем.
Гамма-излучение как и любое другое электромагнитное излучение существует в виде отдельных порций — квантов, обладающих определенной энергией. Оно возникает главным образом при радиоактивном распаде ядер атомов вещества и принципиально не отличается от рентгеновского, испускаемого электронной оболочкой атома и быстрыми электронами при их взаимодействии с веществом (тормозное излучение). Гамма-кванты электрически нейтральны, поэтому само по себе гамма-излучение ионизирующими свойствами не обладает. Ионизация происходит за счет передачи части энергии гамма-квантов электронам облучаемого вещества, разрыва их связи с ядрами атома и придания им начальной скорости движения. Поэтому удельная ионизирующая способность гамма- излучения относительно невелика и характеризуется образованием нескольких пар ионов на одном сантиметре пути. Вместе с тем, расстояния, на которые распространяется гамма- излучение в воздухе, достигают нескольких километров.
Следует обратить внимание еще на одну характерную особенность радиоактивного загрязнения местности при авариях на АЭС, которая существенно отличается от радиоактивного заражения местности при ядерных взрывах. При наземном ядерном взрыве в его облако вовлекаются тысячи тонн грунта. Радиоактивные частицы смешиваются с минеральной пылью, оплавляются и оседают на местности. Воздух загрязняется незначительно. Поэтому главную опасность для людей, оказавшихся на следе радиоактивного облака, представляет внешнее облучение (90-95% общей дозы облучения). Доза внутреннего облучения незначительна (5-10%). Она обусловливается попаданием внутрь организма радиоактивных веществ через органы дыхания и с продуктами питания.
При авариях на АЭС наблюдается совершенно иная картина радиоактивного загрязнения местности. Значительная часть продуктов деления ядерного топлива находится в парообразном или аэрозольном состоянии. Воздействие радиоактивного загрязнения окружающей среды на людей в первые часы и сутки после аварии определяется внутренним облучением в результате вдыхания радионуклидов из облака и внешним облучением от радиоактивного облака и радиоактивных выпадений на местности, а также поверхностным загрязнением в результате осаждения радионуклидов из облака выброса. В последующем, в течение многих лет, вредное воздействие и накопление дозы облучения у людей будет обусловлено вовлечением в биологическую цепочку выпавших радионуклидов и употреблением загрязненных продуктов питания и воды.
Для ориентировочной оценки вклада всех источников, участвующих в формировании суммарной дозы облучения на загрязненной территории, структуру прогнозируемой дозы за 50 лет принято считать следующим образом:
доза внешнего облучения около 15%;
доза внутреннего облучения - 85%, при условии, что в течении этого времени население будет потреблять продукты питания, выращенные на загрязненных территориях.
При ядерном взрыве вся активность вовлекается в радиоактивное облако, а при аварии на АЭС, как отмечалось ранее, выходит только доля общей активности аварийного реактора. В связи с этим мощности дозы излучения на следе радиоактивного загрязнения будут значительно меньше (в десятки тысяч раз), чем при наземном ядерном взрыве. Вместе с тем, следует заметить, что формирование следа радиоактивного облака от наземного ядерного взрыва завершается за несколько часов из-за того, что крупные оплавленные частицы довольно быстро оседают и образуют след облака с довольно конкретными геометрическими размерами и очертаниями (в виде эллипса).
Иная картина может складываться при выбросе в атмосферу парообразных или аэрозольных радионуклидов. Так, на ЧАЭС этот выброс продолжался в течении 10 суток. Метеорологическая обстановка в этот период характеризовалась неустойчивым ветром как в приземном слое, так и на высоте 700-1500 м. Направление ветра изменялось в пределах 360 градусов, фактически описав круг. Поэтому конфигурация следа имеет очень сложную форму и даже "пятнистый" характер ("цезиевые пятна").
Площади радиоактивного загрязнения местности, ограниченные сопоставимыми с ядерным взрывом изоуровнями мощности доз, по сравнению с ним ничтожно малы. Так, площадь с изоуровнем мощности дозы 1 рад/ч составляла менее 10 км", в то время как при ядерном взрыве такие площади составляют сотни квадратных километров.
Отработавшее ядерное топливо (ОЯТ) АЭС с реакторами типа РБМК хранится непосредственно на станциях. Увеличение количества ОЯТ и сохраняющаяся тенденция к его постоянному росту на площадках АЭС снижает уровень ядерной безопасности и требует специального обоснования существующих схем хранения ОЯТ.
При радиационной аварии рассматривают 5 зон, имеющих различную степень опасности для здоровья людей. Они характеризуются возможной дозой облучения.
Зона экстренных мер защиты населения - территория, в пределах которой доза внешнего у- облучения населения за время формирования следа радиоактивного загрязнения от выброса РВ при аварии на РОО может превысить 75 рад, а доза внутреннего облучения щитовидной железы за счет поступления в организм человека радиоактивного йода - 250 рад.
Зона профилактических мероприятий - территория, в пределах которой доза внешнего у- облучения населения за время формирования следа радиоактивного загрязнения от выброса РВ при аварии на РОО может превысить 25 рад (но не более 75), а доза внутреннего облучения щитовидной железы радиоактивным йодом может превысить 30 рад (но не более 250).
Зона ограничений - территория, в пределах которой доза внешнего облучения населения за время формирования следа радиоактивного загрязнения от выброса РВ при аварии на РОО может превысить 10 рад (но не более 25), а доза внутреннего облучения щитовидной железы радиоактивным йодом не превышает 30 рад.
Зона возможного радиоактивного загрязнения - территория, в пределах которой прогнозируются дозовые нагрузки, превышающие 10 рад в год.
При аварии, повлекшей за собой радиоактивное загрязнение обширной территории, на основании контроля и прогноза радиационной обстановки устанавливается зона радиационной аварии (ЗРА).
Зона радиационной аварии - это территория, на которой суммарное внешнее и внутреннее облучение в единицах эффективной дозы может превышать 5 мЗв за первый год. В ЗРА проводится мониторинг радиационной обстановки и осуществляются мероприятия по снижению уровней облучения населения на основе принципа оптимизации (т.е. выбора наилучшего варианта действий).
На территории, подвергшейся радиоактивному загрязнению, после стабилизации обстановки в районе аварии в период ликвидации ее долговременных последствий устанавливаются зоны:
Зона отчуждения. В этой зоне запрещается постоянное проживание населения, ограничивается хозяйственная деятельность и природопользование;
Зона отселения. Это территория за пределами зоны отчуждения, на которой плотность загрязнения почв цезием -137 от 15 до 40 Ки/км2 или стронцием - 90 свыше 3 Ки/км2, или плутонием - 239, 240 - свыше 0,1 Ки/км2. На территориях зоны отселения, где плотность, где плотность загрязнения почв цезием -137 составляет свыше 40 Ки/км2, а также на территориях той зоны, где среднегодовая эффективная эквивалентная доза облучения населения от радиоактивных выпадений может превышать 5 мЗв (0,5 бэр), население подлежит обязательному отселснию.
Зона проживания с правом на отселение. Это территория за пределами зоны отчуждения и зоны отселения с плотностью загрязнения почв цезием - 137 от 5 до 15 Ки/км2. При среднегодовой эффективной эквивалентной дозе облучения свыше 1 мЗв (0,1 бэр) население имеет право на отселение;
Зона проживания с льготным социально-экономическим статусом. Это территория за пределами зоны отчуждения, зоны отселения и зоны проживания с правом на отселение с плотностью радиоактивного загрязнения почвы цезием - 137 от 1 до 5 Ки/км2. В этой зоне среднегодовая эффективная эквивалентная доза облучения населения не должна превышать I мЗв (0,1 бэр).

<< | >>

↑

Источник: Гриценко В.С.. Безопасность жизнедеятельности: Учебное пособие. 2004

Еще по теме Аварии на радиационно опасных объектах:

- Основы БЖД - Пожарная безопасность - Чрезвычайные ситуации - Школа выживания -