 |
Особенности радиационной обстановки при аварии на АЭС
|
|
|
|
Основная часть действующих и строящихся в России АС имеет водо-водяные ядерные энергетические установки (реакторы) типа ВВЭР-440, ВВЭР-1000, ВВЭР-1200 и уранографитовые реакторы канального типа РБМК-1000, которые размещены на Европейской части страны с высокой плотностью населения. Выработка атомной энергии в реакторах сопровождается накоплением в нем радиоактивных веществ. Величина активности продуктов деления, накопленных в реакторах, достигает десятки миллиардов Кюри. При этом 99,9 % от общей активности сосредоточено в ядерном топливе работающего реактора. 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 развития аварийного процесса и многое другое.
При разрушении реактора может происходить его полное обесточивание, отказ систем безопасности, выход из строя технологического оборудования, потеря теплоносителя, разогрев и плавление топлива. При этом возможен разгон реактора и взаимодействие расплавленного топлива с водой. Это может привести к паровому взрыву и мгновенному выбросу значительной части радиоактивных веществ в окружающую среду с последующим расплавлением всей активной зоны реактора и дальнейшим продолжительным истечением радиоактивных веществ. Количество и радионуклидный состав выброса из разрушенного реактора зависят от характера разрушения, мощности и типа реактора, режимов перегрузки топлива и времени, прошедшего после последней перегрузки. Они значительно отличаются от количества и радионуклидного состава продуктов ядерного взрыва.
|
|
|
Анализ и сравнение последствий взрыва ядерного заряда мощностью 1 Мт с выбросами из аварийного реактора 4-го энергоблока Чернобыльской АЭС (таблица 5) позволяют определить несколько особенностей:
1. Содержание короткоживущих радионуклидов в реакторе значительно ниже, по сравнению с продуктами ядерного взрыва, а содержание длительно живущих радионуклидов – на 2 порядка выше. Этим, главным образом, объясняется более медленный спад уровней радиации на местности, зараженной продуктами деления, выброшенными из ядерного реактора;
2. При разрушении реактора радиоактивное облако поднимается на небольшую высоту, порядка нескольких десятков или сотен метров. Следовательно, и площадь территории со смертельными дозами будет в 10-20 раз меньше, чем при наземном ядерном взрыве. Однако, поскольку в таком облаке содержатся очень мелкие частицы («горячие частицы»), имеющие очень малые скорости гравитационного осаждения, то они потоками, воздуха разносятся на расстояния в несколько сот и даже тысяч километров. В результате площади территорий, которые могут оказаться непригодными для обитания в течение длительного времени будут значительно больше, чем при ядерном взрыве. При этом радиоактивное загрязнение территорий будет иметь мозаичный (пятнистый) характер.
3. Фракционный состав выброшенной пыли (мелкая дисперсность) способствует проникновению радионуклидов в микротрещины, норы, обитаемые объемы и существенно затрудняет дезактивацию. Кроме того, сами выброшенные вещества могут находиться в растворимых и нерастворимых формах. Так называемые «горячие частицы» имеют чрезвычайно высокую радиоактивность и опасны для организма человека и животных.
Таблица 5
Характеристика радиоактивного загрязнения при ядерном взрыве и аварии на ЧАЭС
| Радиоактивное загрязнение | Ядерный взрыв (заряд мощностью1 Мт) | Авария на ЧАЭС |
| Температура формирования, °С | до 1000000 | Менее 2500 |
| Высота подъема облака, км | 10-20 | 0,5-1,0 |
| Продолжительность формирования, часов | 0,2 | Более 100 |
| Агрегатное состояние | твердые частицы | Аэрозоль |
| Топография загрязнения | равномерное | Мозаичное |
| Характер активности частиц | поверхностная | объемная |
| Дисперсность частиц, мкм | 10-50 | 0,1-1000 |
|
|
|
Аварии на ОИАЭ, примеры
Авария в Уиндскейле (Windscale) [6]. Крупная радиационная авария, произошедшая 10 октября 1957 года на одном из двух реакторов атомного комплекса «Селлафилд», в графстве Камбрия на Северо-Западе Англии.В результате пожара в графитовом реакторе с воздушным охлаждением для производства оружейного плутония произошёл крупный (550-750 ТБк) выброс радиоактивных веществ. Авария соответствует 5-му уровню по международной шкале ядерных событий (INES) и является крупнейшей в истории ядерной индустрии Великобритании.
Из-за отсутствия контрольно-измерительных приборов и ошибок персонала процесс разогрева реактора вышел из-под контроля. В результате слишком большого энерговыделения металлическое урановое топливо в одном из топливных каналов вступило в реакцию с воздухом и загорелось. Многие ТВЭлы раскалились докрасна (1400 °C), выгрузить их не удалось, огонь перекинулся на 150 каналов, содержащих около 8 тонн урана. Попытки охладить реактор с помощью углекислого газа не увенчались успехом. В итоге в реактор затопили водой, осознавая при этом риск возможного взрыва. 12 октября реактор был переведён в холодное состояние.
Наибольший вклад в результирующую активность выброса был внесён радиоактивным йодом-131 (по расчётам порядка 20 тыс. Кюри). Долгосрочное загрязнение определилось цезием -137 и составило800 Кюри.
Детерминированные эффекты у персонала отсутствовали, никто не получил дозу, близкую к уровню, превышающему в десять раз установленный предел годовой дозы облучения всего тела для работников. После аварии производился контроль поступающего в продажу молока.
Авария на АЭС «Три-Майл Айленд» (Three Mile Island) [6], штат Пенсильвания, США – одна из крупнейших аварий в истории ядерной энергетики, произошедшая 28 марта 1979 года до сих пор считается самой тяжёлой ядерной аварией в США. В ходе аварии была серьёзно повреждена активная зона реактора, часть ядерного топлива расплавилась. На АЭС «Три-Майл Айленд» использовались водо-водяные реакторы с двухконтурной системой охлаждения, эксплуатировались два энергоблока, мощностью 802 и 906 МВт, авария произошла на блоке номер два (TMI-2). Отказ в работе основных и аварийных насосов системы охлаждения реактора, нарушения в работе измерительной аппаратуры, ряд ошибок в работе операторов вызвали повышение температуры и частичное разрушение ТВЭлов.
|
|
|
Хотя ядерное топливо частично расплавилось, оно не прожгло корпус реактора и радиоактивные вещества, в основном, остались внутри. По разным оценкам, радиоактивность благородных, выброшенных в атмосферу, составила от 2,5 до 13 миллионов Кюри, однако выброс опасных нуклидов был незначительным. Территория станции также была загрязнена радиоактивной водой, вытекшей из первого контура. Беременным женщинам и детям дошкольного возраста было рекомендовано покинуть пятимильную (8 км) зону. Средняя эквивалентная доза радиации для людей, живущих в 10-мильной (16 км) зоне составила 80 мкЗв и не превысила 1 мЗв для любого из жителей.
Работы по устранению последствий аварии были начаты в августе 1979 года и официально завершены в декабре, обошлись в 975 миллионов долларов США. Была проведена дезактивация территории станции, топливо было выгружено из реактора. Однако, часть радиоактивной воды впиталась в бетон защитной оболочки и эту радиоактивность практически невозможно удалить. Эксплуатация другого реактора станции (TMI-1) была возобновлена в 1985 году.
Авария на Чернобыльской АЭС [7]. Разрушение 26 апреля 1986 года четвёртого энергоблока Чернобыльской атомной электростанции, расположенной на территории Украинской ССР (ныне — Украина). Данная авария расценивается как крупнейшая в своём роде за всю историю атомной энергетики, как по предполагаемому количеству погибших и пострадавших от её последствий людей, так и по экономическому ущербу. 31 человек погиб в течение первых трех месяцев после аварии; отдаленные последствия облучения, выявленные за последующие 15 лет, стали причиной гибели от 60 до 80 человек. 134 человека перенесли лучевую болезнь той или иной степени тяжести, более 115 тыс. человек из 30-километровой зоны были эвакуированы. Для ликвидации последствий были мобилизованы значительные ресурсы, более 600 тыс. человек участвовали в ликвидации последствий аварии.
|
|
|
Ко времени аварии на ЧАЭС действовали четыре энергоблока на базе реакторов РБМК-1000 (реактор большой мощности канального типа) с электрической мощностью 1000 МВт (тепловая мощность – 3200 МВт) каждый. Ещё два аналогичных энергоблока строились.
В 01:24 26 апреля 1986 года на 4-м энергоблоке Чернобыльской АЭС произошёл взрыв, который полностью разрушил реактор. Здание энергоблока частично обрушилось, в различных помещениях и на крыше начался пожар. Впоследствии остатки активной зоны расплавились, смесь из расплавленного металла, песка, бетона и фрагментов топлива растеклась по подреакторным помещениям. Перед аварией в реакторе четвёртого блока находилось 180—190 т ядерного топлива (диоксида урана). По оценкам, которые в настоящее время считаются наиболее достоверными, в окружающую среду было выброшено от 5 до 30 % от этого количества. Кроме топлива, в активной зоне в момент аварии содержались продукты деления и трансурановые элементы – различные радиоактивные изотопы, накопившиеся во время работы реактора. Именно они представляют наибольшую радиационную опасность. Большая их часть осталась внутри реактора, но наиболее летучие вещества были выброшены наружу, в том числе: все благородные газы; примерно 55 % йода в виде смеси пара и твёрдых частиц, а также в составе органических соединений; содержавшиеся в реакторе изотопы урана, плутония, йода-131, цезия-134, цезия-137, стронция-90. Суммарная активность веществ, выброшенных в окружающую среду, составила, по различным оценкам, до примерно 38×107 Ки.
Загрязнению подверглось более 200 тыс. км², примерно 70 % – на территории Белоруссии, России и Украины. Радиоактивные вещества распространялись в виде аэрозолей, которые постепенно осаждались на поверхность земли. Благородные газы рассеялись в атмосфере и не вносили вклада в загрязнение прилегающих к станции регионов. Загрязнение было очень неравномерным, оно зависело от направления ветра в первые дни после аварии. Наиболее сильно пострадали области, в которых в это время прошёл дождь. Большая часть стронция и плутония выпала в пределах 100 км от станции, так как они содержались в основном в более крупных частицах. Иод и цезий распространились на более широкую территорию. Беспрецедентная по своим масштабам аварии на ЧАЭС привела к радиоактивному загрязнению территорий Белгородской, Брянской, Воронежской, Калужской, Курской, Орловской, Ленинградской, Липецкой, Рязанской, Тамбовской, Тульской, Пензенской, Смоленской, Ульяновской областей, Мордовии. Повышение уровня радиации наблюдалось в 20 странах, в радиусе в 2000 км от ЧАЭС.
|
|
|
После аварии на 4-м энергоблоке работа электростанции была приостановлена из-за опасной радиационной обстановки. Однако уже в октябре 1986 года, после обширных работ по дезактивации территории и постройки «саркофага», 1-й и 2-й энергоблоки были вновь введены в строй; в декабре 1987 года возобновлена работа 3-го.
25 декабря 1995 года был подписан Меморандум о взаимопонимании между Правительством Украины и правительствами стран «большой семёрки» и Комиссией Европейского союза, согласно которому началась разработка программы полного закрытия станции к 2000 году. 15 декабря 2000 года станция прекратила генерацию электроэнергии.
Саркофаг, возведённый над четвёртым, взорвавшимся, энергоблоком постепенно разрушается. Опасность, в случае его обрушения, в основном определяется тем, как много радиоактивных веществ находится внутри. По официальным данным, эта цифра достигает 95 % от того количества, которое было на момент аварии. Если эта оценка верна, то разрушение укрытия может привести к очень большим выбросам.
Авария на АЭС «Фукусима-1» [8]. « Фукусима-1» расположена в городе Окума в префектуре Фукусима, включает шесть энергоблоков мощностью 4,7 ГВт, является одной из крупнейших атомных электростанций в мире.
11 марта 2011 года недалеко от японских островов произошло землетрясение, ставшее самым интенсивным за всю историю наблюдений. На атомной электростанции «Фукусима-1» три работающих энергоблока были остановлены действием аварийной защиты, все аварийные системы сработали в штатном режиме. Однако спустя час из-за последовавшего за землетрясением цунами было прервано электроснабжение, в том числе от резервных дизельных генераторов (они находились прямо на берегу). Без достаточного охлаждения во всех трех энергоблоках начал снижаться уровень теплоносителя и повышаться давление, создаваемое образующимся паром. Первая серьёзная ситуация возникла на энергоблоке №1. Для недопущения повреждения реактора высоким давлением пар (радиоактивный) сбрасывали в гермооболочку, давление в которой возросло выше расчетных значений. Давление в гермооблочке удалось снизить, однако при этом в обстройку реакторного отделения проникло большое количество водорода, образовавшегося в результате оголения топлива и окисления циркониевой оболочки ТВЭЛов паром. 12 марта водород взорвался, в результате чего обрушилась часть бетонных конструкций. Корпус реактора сильно не пострадал. Четыре человека, принимавшие участие в работах на станции, получили ранения, резко повысились значения уровня радиации на прилегающих территориях. Аналогичным образом развивались события на блоке №3: вышла из строя система аварийного охлаждения, начался сброс давления в гермооболочке выпуском пара. 14 марта произошел взрыв водорода, ударная волна привела к ранению 11 человек, радиационный фон в районе станции возрос. Взрыв на блоке № 2 (15 марта 2011 г.) был небольшой мощности, но сопровождался интенсивным загрязнением радионуклидами окружающей среды. Одновременно на блоке №4 произошёл пожар в хранилище отработанного ядерного топлива, радиоактивные вещества стали поступать в атмосферу. Сброс воды, которая использовалась для охлаждения реактора, привел к значительному радиоактивному загрязнению океана в районе станции.
Первоначально Авария на АЭС «Фукусима-1» была отнесена к 4 уровню по шкале INES.В последствии степень тяжести аварии был повышена до 5 уровня (18 марта, авария с широкими последствиями), а затем до 7 уровня (12 апреля, крупная авария). Масштаб аварии предполагают длительные и многоплановые работы по ликвидации последствий.
Авария на химическом комбинате ПО «Маяк» («Кыштымская авария») [1] — крупная радиационная техногенная авария, произошедшая 29 сентября 1957 года на комбинате «Маяк», расположенном в закрытом городе «Челябинск-40» (в настоящее время – г. Озерск). Авария называется Кыштымской ввиду того, что город Озёрск был засекречен и отсутствовал на картах до 1990 года. Кыштым — ближайший к нему город. 29 сентября 1957 года из-за выхода из строя системы охлаждения произошёл взрыв ёмкости объёмом 300 кубических метров, где содержалось около 80 м³ высокорадиоактивных ядерных отходов. Взрывом, оцениваемым в десятки тонн в тротиловом эквиваленте, емкость была разрушена, бетонное перекрытие толщиной 1 метр весом 160 тонн отброшено в сторону, в атмосферу было выброшено около 20 млн. Кюри радиоактивных веществ.
Часть радиоактивных веществ были подняты взрывом на высоту 1—2 км и образовали облако, состоящее из жидких и твёрдых аэрозолей. В течение 10-11 часов радиоактивные вещества выпали на протяжении 300-350 км в северо-восточном направлении от места взрыва (по направлению ветра). В зоне радиационного загрязнения оказалась территория нескольких предприятий комбината «Маяк», военный городок, пожарная часть, колония заключённых и далее территория площадью 23000 км2 с населением 270 000 человек в 217 населённых пунктах трёх областей: Челябинской, Свердловской и Тюменской. Сам Челябинск-40 не пострадал. 90 процентов радиационных загрязнений выпали на территории ЗАТО (закрытого административно-территориального образования) химкомбината «Маяк», а остальная часть рассеялась на большой площади.
В ходе ликвидации последствий аварии 23 деревни из наиболее загрязнённых районов с населением от 10 до 12 тысяч человек были отселены, а строения, имущество и скот уничтожены. Для предотвращения разноса радиации в 1959 году решением правительства была образована санитарно-защитная зона на наиболее загрязнённой части радиоактивного следа, где всякая хозяйственная деятельность была запрещена, а с 1968 года на этой территории образован Восточно-Уральский государственный заповедник. Сейчас зона заражения именуется Восточно-Уральским радиоактивным следом (ВУРС). Для ликвидации последствий аварии привлекались сотни тысяч военнослужащих и гражданских лиц, получивших значительные дозы облучения.
Кроме того, санкционированный и аварийный сброса жидких радиоактивных отходов реакторов ПО «Маяк» в открытую гидрографическую сеть привело к сильному загрязнению реки Теча. У значительного числа людей, проживающих в бассейне реки, диагностирована хроническая лучевая болезнь. На данной территории зафиксировано увеличение заболеваемости населении по основным классам болезни, лейкозами, наблюдается рост новообразований и общей смертности.
|
|
|
