Производительность реактора по Pu-239: все изотопы – 253 кг/год, делящиеся изотопы – 146 кг/год.

Удельная активность необлученного топлива – 2,32 Ки/т.

Удельная активность топлива, отработавшего 3 года – 5,4×10⁵ Ки/т.

Мощность дозы на R = 1 м от 1 кг отработавшего топлива  = 53 рад/ч.

При работе ЯР образуется более 350 различных р/а элементов с Т_1/2 от долей секунды до единиц...десятков лет. В процессе работы реактора продукты деления накапливаются в активной зоне реактора (~ до 90% всех р/а веществ накапливаются в ТВЭЛах). Нормальная работа реактора сопровождается выбросом через штатную систему очистки газов и аэрозолей в окружающую среду. Выброс происходит через вентиляционную трубу, высота которой может составлять от 60 до 150 м.

 

R_max = 600...2000 м.

Газы и аэрозоли, попав в атмосферу, подхватываются воздушными потоками, и под действием ветра уносятся от трубы. Факел выброса из трубы постепенно расширяется как по горизонтали, так и по вертикали. Постепенное расширение факела приводит к тому, что на некотором расстоянии от трубы он касается поверхности земли. Начиная с этого расстояния, в приземном слое воздуха обнаруживаются р/а газы и аэрозоли. Основу газового выброса составляют РБГ. РБГ не оседают на поверхность земли. Очищение атмосферы от РБГ происходит в основном в результате их естественного распада.

Допустимый средний суточный выброс радионуклидов в атмосферу составляет:

 

Радионуклиды в выбросе	Допустимые значения, Ки/сут
Sr90+Y90+Sr89	0,001
J131	0,1
b+g-активные аэрозоли с Т1/2 £ 24 ч	0,5
БРГ (Kr85, Ar41, Xe133) с Т1/2  £ 10 мин (ИРГ)	3,500

 

Среднесуточные р/а выбросы в атмосферу от Ленинградской АЭС (по данным 1994г.):

 

РБГ	136,3 Ки/сут	6,8% от доп. выброса
ДЖН	4,87 м Ки/сут	8,13% от доп. выброса
J131	3,87 м Ки/сут	9,63% от доп. выброса
Объем воды, сброшенной в водоем	300 м3	Сброс р/а продуктов 0,00001%

 

Среди аэрозольных радионуклидов, присутствующих в атмосферных выбросах АЭС, следует отметить биологически значимые: ₁Н³ (Т_1/2 = 12,3 г.), Be⁷ (58,3 сут.), С¹⁴ (5730 лет), Na²² (2,6 г.), Со⁶⁰ (5,3 г.), Sr⁸⁹ (50,5 сут.), J¹³¹ (8 сут.), Sr⁹⁰ (28,6 г.), Cs¹³⁴ (2,1 г.), Cs¹³⁷ (30,1 г.) и др. (> 42 радионуклидов).

Аварийные ситуации на АЭС могут возникнуть в результате неисправностей в системе управления защитой реактора, в активной зоне ЯР, в системе охлаждения и в результате непрофессиональных действий персонала или его умышленных действий.

Основные определения:

· Радиационная авария – нарушение предела безопасной эксплуатации, при котором произошел выход р/а продуктов или ИИ за предусмотренные проектом (для нормальной эксплуатации) границы в количествах, превышающих установленные значения.

· Ядерная авария – авария, связанная с повреждением ТВЭЛов с превышением установленных проектных пределов ядерного ректора и с потенциально аварийным облучением персонала.

· Гипотетическая авария – авария, при которой проектом не предусматриваются технические меры, обеспечивающие радиационную безопасность персонала и населения. (Защита персонала и населения в этом случае предусматривается за счет разработки и осуществления плана мероприятий по защите населения и персонала. Он разрабатывается дирекцией предприятия до ввода ядерной установки в эксплуатацию).

 

И.В.Курчатов говорил: «Реактор никогда не должен оставаться без воды, и тогда аварий не будет».

Наиболее тяжелыми становятся аварии, связанные с разрывом трубопроводов контура теплоносителя основного или первого контура, «оголением» активной зоны. При попадании кипящей воды на графит (замедлитель-отражатель нейтронов в активной зоне) происходит реакция с разложением воды (при t ³ 600°С):

 

C + H₂O ® CO + H₂⁺; при t > 600°С.

 

Образуется, так называемый «водородный пузырь», который может разрушить активную зону реактора. Соединение атомарного водорода с кислородом воздуха образует «гремучий» газ и может произойти взрыв большой силы. Кроме того, при разгерметизации ТВЭЛов и попадании воды и пара происходит взаимодействие двуокиси урана с водой:

 

UO₂ + H₂O ® H₂⁺ + U₂O₂.

 

В результате такого окисления также образуется атомарный водород, вызывающий пожар или взрыв. В случае разрушения активной зоны реактора в атмосферу, наряду с РБГ, могут поступить и продукты деления и активированные продукты коррозии и примеси, содержащиеся в воде первого или основного контура.

Исходя из границ распространения р/а веществ при авариях, последние подразделяются на три типа:

- локальная авария – радиационные последствия ограничены зданием или сооружением АЭС;

- местная авария – радиационные последствия ограничены территорией площади АЭС;

- глобальная (общая) авария – радиационные последствия распространяются за пределы территории АЭС.

Глобальная авария может быть гипотетической и катастрофической. Последствия локальных и местных аварий не оказывают влияния на деятельность людей и ликвидируются в основном персоналом АЭС. Глобальные аварии требуют привлечения огромных сил и средств для ликвидации последствий аварий, т.е. являются ЧС.

· Авария без разрушения активной зоны. При гипотетической аварии водографитового канального реактора в окружающую среду выйдут изотопы газообразных и возгоняющихся элементов: Xe¹³³ (ксенона), Kr⁸⁵ (криптона), J^131,133 (йода), Ru^103,106 (рутения), Cs^134,137 (цезия), Sr^89,90 (стронция). Может быть выброшено 3,6×10⁷ Ки смеси РБГ и 2,8×10⁷ Ки радиоактивных изотопов йода (J^131,133). Кроме того, перегретый пар с  t = 280°С из реакторного пространства будет выбрасываться в атмосферу через вентиляционную трубу с расходом примерно 2000 м³/с. Образуется р/а облако, которое будет перемещаться за счет турбулентной диффузии атмосферы и переноса его ветром.

Важной особенностью аварии с разрушением активной зоны является то, что первые часы и сутки после аварии действие на людей загрязнения окружающей среды определяется внешним облучением от радиоактивного облака (продукты деления ядерного топлива, смешанные с воздухом), радиоактивных выпадений на местности (продукты деления, выпадающие из р/а облака), внутренним облучением вследствие вдыхания радиоактивных веществ из облака, а также за счет загрязнения поверхности тела человека этими веществами. В дальнейшем, в течение многих лет, накопление дозы облучения будет происходить за счет употребления загрязненных продуктов питания и воды.

Р/а загрязнение при гипотетической аварии АЭС происходит за счет выброса парогазовой фазы (авария без разрушения активной зоны реактора). Высота выброса может составлять 150...200 м, время выброса от 20...30 мин и более.

· Авария с разрушением активной зоны. В развитии глобальной (катастрофической) радиационной аварии различают три стадии.

Первая – тепловой взрыв и выброс р/а продуктов с последующим истечением газообразных продуктов из ЯР. Образуется газо-аэрозольное облако, которое распространяется на высоте не более 1 км. В облаке преобладают РБГ, а также газообразные продукты деления: Cs, Sr, J. Продукты деления (особенно короткоживущие) испускают очень интенсивное       g-излучение (g-излучение с Е » 6,2 МэВ), поэтому облако является мощным источником внешнего облучения. Мощности доз на высоте 1 м могут составлять от нескольких сот рад/ч (на расстояниях до 3 км) до нескольких единиц рад/ч (на расстояниях 30...50 км от места аварии). Облучению подвергаются люди, животный и растительный мир.

Вторая стадия – постепенное осаждение р/а частиц на землю и загрязнение местности и приземной атмосферы. Так как размеры частиц очень малы (d £ 1 мкм), то скорость осаждения также невелика и они потоками воздуха разносятся на сотни и тысячи км от места аварии. (Следы Чернобыльских выпадений зафиксированы в Ленинградской, Пермской областях (U²³⁸ и Pu²³⁹)). Осаждение может происходить в течение нескольких дней и недель. За это время направление ветра может многократно меняться, и загрязнение происходит во все стороны от источника аварии, включая «пятна» на местности с повышенными уровнями радиации за счет вымывания радиоактивной примеси осадками.

Основной фактор радиационного риска на этой стадии – поступление в организм радиоактивного йода (J¹³¹, Т_1/2 » 8 дн.) при вдыхании и по пищевой цепочке J¹³¹ избирательно накапливается в щитовидной железе, вызывая заболевания в ней. Вследствие небольшого периода полураспада J¹³¹ практически полностью распадается через 3...4 месяца после выброса.

(Стабильный йод J¹²⁷). При делении U ²³⁵ и превращении U ²³⁸ в Pu ²³⁹ образуется три р/а изотопа йода: J¹³³ (2,26 ч), J¹³⁴ ( ~ 8 сут.), (J¹²⁵ ~ 60 сут.). Наиболее опасен J¹³⁷ ® накапливается в щитовидной железе. Йод участвует в синтезе гормона тироксина (суточная потребность составляет 200...220 мг).

На третьей стадии – выпадения завершаются и окончательно сформировывается РЗМ. Наибольшую потенциальную опасность при этом представляет загрязнение воды, почвы, продукции сельского хозяйства долгоживущими радионуклидами Cs¹³⁷ и Sr⁹⁰ (Т_1/2 » 30 лет). Вследствие этого происходит медленный спад степени загрязнения во времени:

 

.

 

Основную опасность на этой стадии представляет внутреннее облучение от потребляемых с/х продуктов и воды. Показателем опасности РЗМ являются величина плотности загрязнения N_s = A/S, Ки/км², где S – площадь загрязнения. При помощи этого показателя устанавливается связь с мощностью дозы на высоте 1 м: 1 Ки/ км² = 10 мкрад/ч, » 10× N_s, мкрад/ч.

В условиях мирного времени в качестве безопасной установлена величина N_s £ 15 Ки/ км². При N_s > 40 Ки/ км² местность относится к зоне отчуждения, проживание на ней запрещается. В диапазоне величины N_s =15....40 Ки/ км² осуществляются меры по защите людей, а также их эвакуация.

 

· Международная шкала событий на АЭС

 

Для единообразной оценки опасности возникшей аварии на любой АЭС экспертам международной комиссии по атомной энергии (МАГАТЭ) разработана шкала событий на АЭС. В соответствии со шкалой, события на АЭС классифицируются по семи уровням (классам): с первого по седьмой. Первые три уровня относятся к происшествиям (радиационным инцидентам), локализованным на уровне АЭС. В этих условиях мер по защите населения проводить не требуется. Аварии сводятся к верхним уровням (классам) с 4-го по 7-й, при этом аварии 4...5 классов относятся к местным, а 6...7 – к тяжелой и глобальной авариям. Шкалой событий на АЭС пользуются с 1990г.

 

Класс события	Внешние последствия	Примечание
7 Глобальная авария	Большой выброс. По J131 > 106 Бк. Значительный ущерб здоровью людей и окружающей среде	Ав > 106 Бк. Разрушение активной зоны и ТВС
6 Тяжелая авария	Величина выброса по J131 1015 < Ав < 1016 Бк. Ущерб здоровью людей
5 Авария с риском для окружающей среды	Ограниченный выброс. 1014 < Ав < 1016 Бк	Значительное повреждение активной зоны ЯР
4 Авария в пределах АЭС	Небольшой выброс. Облучение населения порядка нескольких мЗв. Острые последствия для здоровья персонала	Частичное повреждение активной зоны ЯР
3 Серьезное происшествие	Очень небольшой выброс. Облучение населения ниже установленного предела, порядка десятых долей мЗв	Близко к аварии. Десятые доли мЗв
2 Происшествие средней тяжести	-	Не влияет на безопасность
1 Незначительное происшествие	-

 

Радиационный инцидент – это событие, при котором происходит облучение людей в дозах, превышающих установленные пределы для соответствующих лиц.

 

· Крупнейшие радиационные аварии

 

С 1955г. по настоящее время в 14 странах мира произошли 152 радиационные аварии. Четыре из них носили катастрофический характер.

1. 29.09.1957г. (г.Челябинск-40). На заводе в пяти ЯР производился оружейный плутоний Pu²³⁹. Произошел тепловой взрыв в хранилище р/а отходов, эквивалентный взрыву 70 т ТНТ (утечка воды из башни хранилища). Выброшено в окружающую среду до 2×10⁶ Ки, образовался р/а след: L = 105 км, Ш = 9 км. На этой и прилегающей территории проживало 27.000 чел. Эвакуировано 10.700 человек, получивших дозу от 2,5 до 50 Р. Первоначальное загрязнение на 90% состояло из короткоживущих с Т_1/2 = 2…3 года. Сейчас в некоторых местах наблюдается 5-ти кратное превышение р/а фона (~ 3 Ки/км² (~ 30 мкР/ч), S_общ » 167 км²). (К 1978г. на 80% бывшего «следа» возобновлена хозяйственная деятельность. На остальной его части создан заповедник, где изучаются последствия радиоактивного выброса).

2. 10.1937г. Великобритания. Произошло частичное расплавление активной зоны реактора на военном заводе в Уиндскейле, производившем плутоний Pu²³⁹. Произошла утечка J¹³¹, Ru¹⁰³, Cs¹³⁷. Площадь зоны заражения ~ 300 км². Жертв не было, т.к. р/а облако было унесено в океан (штормовая погода, ночь).

3. 29.03.1979г. США, штат Пенсильвания, АЭС «Три-Майл-Айленд» авария на ЯР (типа PWR - ВВЭР) вследствие прекращения подачи воды. Выброс радиоактивности 9×10¹⁶ Бк (2,4×10⁶ Ки). Был выброшен р/а ксенон Xe¹³³. Эвакуировано 200.000 человек, проживающих в радиусе до 40 км от АЭС.

4. 26.04.86г. (1 ч 24 мин). Авария на ЧАЭС. Тепловой взрыв реактора типа РБМК-1000 четвертого энергоблока. Выбросы происходили в три стадии в период с 26.04 по 06.05.86г. На первой стадии – выброс диспергированного взрывом топлива и продуктов деления из активной зоны (J, Te, Cs и бл.газы). А_в » (20…22×10⁶ Ки). На второй стадии выносилось мелкодиспергированное топливо потоками горячего воздуха и продуктами горения графита. Третья стадия характеризовалась быстрым нарастанием мощности выхода продуктов деления за пределы реактора вследствие взрывов (смесь водорода с кислородом воздуха). Суммарный выброс составил ~ 50×10⁶ Ки, ~ 3,5% от общего количества р/н в реакторе на момент аварии (от 2 до 6% - от 4 до 12 т по массе). Изотопный состав выброса содержит ~ 23 вида р/н.

Радионуклидный состав выброса после Чернобыльской аварии: Xe¹³³, Kr⁸⁵, J¹³¹, Te¹³², Cs¹³⁴, Cs¹³⁷, Mo⁹⁹, Zr⁹⁵, Ru¹⁰³, Ru¹⁰⁶, Ba¹⁴⁰, Ce¹⁴⁴, Sr⁸⁹, Sr⁹⁰, Pu^238-242, Cm²⁴², Np²³⁹.

Аварийный выброс: изотопы газообразных и возгоняющихся элементов (при гипотетический аварии) Xe¹³³, Kr⁸³, J^131,133, Cs¹³⁴, Cs¹³⁷, Ru^103,106 (39 и 368 сут.), Sr^89,90, 3,6×10⁷ Ки смеси РБГ и 2,8×10⁷ Ки J¹³¹ (8,04 сут.) и J¹³³ (20,84 сут.).

 

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться: