Очаги поражения при авариях на радиационно и химически опасных объектах

Очаги поражения при авариях на атомных электростанциях (АЭС)

К радиационной аварии принято относить такой непредвиденный случай, обусловленный нарушением технологического процесса или неисправностью оборудования, который создаёт повышенную радиационную опасность.

Радиационная авария – это потеря управления источником ионизирующего излучения, вызванная различными причинами (неисправность оборудования, ошибки оператора, стихийные бедствия и т.п.), которые могли привести или привели к облучению людей выше установленных норм или к радиоактивному заражению окружающей среды.

К настоящему времени произошло немало радиационных аварий различной тяжести на предприятиях ядерно-топливного цикла, в медицине и в научных исследованиях.

Со времени пуска первого ядерного реактора (1942 г.) произошло несколько серьёзных аварий, в которых имели место значительные повреждения активной зоны. Часть из них сопровождалась выбросом радиоактивных веществ в окружающую среду в незначительных количествах: реактор Fermi-1 в Детройте, экспериментальный реактор-размножитель в Айдахо, экспериментальная установка в Калифорнии и др. Кроме этого, известны несколько крупных радиационных аварий, сопровождающихся значительными выбросами радиоактивных веществ во внешнюю среду, эвакуацией населения с отчуждением территорий.

Причины аварий классифицируют следующим образом (табл. 9).

Таблица 9 - Причины аварий

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

 

Можно предположить, что эти же причины характерны и для аварий на других предприятиях ядерно-топливного цикла.

Челябинск-40, СССР, 29.05.57 г. Взрыв ёмкости с радиоактивными отходами вследствие перегрева и «усыхания» раствора. До 90 % выброшенной активности выпало на прилегающую к хранилищу территорию. Около 10 % активности попало в образовавшееся облако, из них 90 % активности определяли преимущественно короткоживущие радионуклиды (с периодом полураспада в несколько лет), а из долгоживущих радионуклидов в облаке преобладал стронций Sr – 90. Облако накрыло полосу шириной 8-9 км территории Челябинской, Свердловской и Тюменской областей. Уже через 4 часа оно находилось на расстоянии около 100 км, а через 10 часов – до 300 км. До 9000 человек, проживающих на следе облака, были эвакуированы. Случаев возникновения острой лучевой болезни не зафиксировано. К 1978 г. на 80 % территории следа облака возобновлена хозяйственная деятельность.

Уиндскейл-1, Великобритания, 8.10.57 г. Пожар на первом реакторе с подъёмом температуры, горением и истечением топлива. Реактор с воздушным охлаждением использовался для производства плутония. Горение активной зоны из урана и графита привело к выбросу радиоактивных продуктов через 120 – метровую трубу в окружающую среду и продолжалось более двух дней. Образовавшееся радиоактивное облако накрыло обширные территории Англии, Шотландии и Северной Европы. Уровни радиации вне промышленной площадки не превышали 30-50 мР/ч. Радиоактивное заражение прилегающих к заводу районов в 10 раз превышало безопасный уровень.

Штат Айдахо, США, 3.01.61 г. Небольшой кипящий реактор с тепловой мощностью 3 МВт являлся прототипом реактора военного назначения. Во время технического обслуживания был внезапно извлечён регулирующий стержень, что привело к скачку мощности и значительному плавлению активной зоны. Из негерметичного реакторного здания вышло 0,01 % продуктов деления.

АЭС «Тримайл Айленд», США, 28.03.79 г. Авария реактора с плавлением активной зоны вследствие потери охлаждения, взрыв образовавшегося водорода. Имел место выброс радиоактивных газов в атмосферу и жидких радиоактивных отходов в реку Саскуэханна. Большая часть радиоактивности была удержана водой в герметичном здании реактора. Внутри реакторного здания уровень радиации достигал 9*10⁵ Р/ч, а на прилегающей к АЭС площадке – всего 4 мР/ч.

АЭС, Чернобыль, СССР, 26.04.86 г. Авария на Чернобыльской АЭС является наиболее крупной из известных радиационных аварий и по существу является крупнейшей экологической катастрофой глобального масштаба. Она произошла на четвёртом блоке в 1 ч. 23 мин. в процессе проведения эксперимента по выяснению возможности использования механической энергии ротора турбины в интересах аварийного обеспечения электроэнергией станции в случае её обесточивания. В результате теплового взрыва были разрушены активная зона реакторной установки, часть здания, в котором она располагалась и кровля машинного зала АЭС. Выброшенные взрывом конструкции образовали завал с северной стороны реакторного здания. О силе взрыва свидетельствует то, что мощная верхняя плита реактора была перемещена и оказалась в наклонном положении, а одна из железобетонных плит биологической защиты, насыщенная стальной дробью, была выброшена взрывом и пробила кровлю здания. В результате взрывов в реакторе и выброса разогретых до высокой температуры фрагментов активной зоны на крыше реакторного отделения, дезаэраторной этажерки и машинного зала возникло более 30 очагов пожара. Очаги пожара возникали в машинном и реакторном залах и в различных помещениях. К 5 часам утра пожар был ликвидирован. На первой стадии аварии были разрушены система охлаждения и активная зона реактора. Возникло горение графита. Взрывом были выброшены высокоактивные обломки конструкции активной зоны с топливом, графит, диспергированное топливо, продукты деления. Выброс произошёл на высоту до 1 км. Мощное истечение газообразных и аэрозольных продуктов наблюдалось в течение 2-4 суток после аварии.

На второй стадии (с 26.04.86 по 01.05.86) мощность выброса радиоактивных веществ уменьшилась. Выбросом выносилась мелкодисперсионная топливная и графитовая пыль.

На третьей стадии (с 02.05.86 по 06.05.86) наблюдалось нарастание мощности выброса. Имело место значительное обогащение выброса йодом-131. По-видимому, это явилось результатом сброса в разрушенный реактор свинца, борированных материалов, песка и глины (без организации теплоотвода). Такая попытка уменьшить выброс привела к дополнительному разогреву топливных масс вплоть до их плавления, образованию «лавы», которая через проплав в опорной плите реактора проникла в подреакторные помещения. В связи с этим можно предположить, что попытка засыпать шахту реактора была не самым удачным техническим решением. Для создания защитной «подушки» были использованы 4668 т материалов и построен «саркофаг» высотой 71 м. В этот период, наряду с радиоактивностью, в окружающую среду поступали и токсичные соединения свинца.

На четвёртой стадии (после 6 мая) мощность выброса резко упала и в дальнейшем не увеличивалась до прежних значений. Всего было выброшено около 63 кг радиоактивных веществ, что соответствует примерно 3.5 % от общего количества радионуклидов в реакторе на момент аварии. Для сравнения, при взрыве атомной бомбы мощностью 20 кт, сброшенной на Хиросиму, образовалось 740 г радиоактивных отходов. Следовательно, выброс вредности при аварии на Чернобыльской АЭС оказался эквивалентным действию примерно 85 атомных бомб мощностью 20 кт.

По оценкам ИАЭ им. И.В. Курчатова, выброшенное из реактора топливо распределялось следующим образом:

реактор и прилегающие помещения – не менее 87 %;

промышленная площадка АЭС – около 0.3 %;

зона радиусом 80 км – около 1.5 %;

территория страны – менее 1.5 %;

за пределами страны – менее 1 %.

На всех стадиях аварии выброс радионуклидов происходил в виде мелкодисперсных (около 2 мкм) частиц топлива, обогащённого цезием. Пострадали Украина, Белоруссия и Брянская область. Произошло загрязнение приземного слоя воздуха от стран Прибалтики до Казахстана, около 57 % ушло за границу. В те дни к нам на Кубань дошли заражённые радиоактивной пылью облака. По всей территории мозаично повысился естественный g - фон с 6-10 мкр/ч до 40 мкр/ч, а в Сочи и горных районах – до 500 мкр/ч.

Анализ развития процесса выбросов из реактора позволяет определить несколько важных радиационных факторов, имеющих значение для организации и выполнения аварийных работ при тяжёлых реакторных авариях.

К ним относятся следующие:

- газоаэрозольное облако выброса распространяется на значительные расстояния (сотни км) и является мощным источником излучения. Доза внешнего облучения при прохождении облака может составлять от десятков до тысяч рад вблизи АЭС. До 70 % содержащегося в облаке йода-131 может находиться в газообразном состоянии и не задерживаться респиратором;

- загрязнение местности имеет сложный характер и трудно прогнозируется в процессе аварии из-за недостаточности информации о состоянии аварийного реактора;

- спад радиоактивности во времени во многом определяется наличием долгоживущих биологически значимых радионуклидов, таких как стронций Sr-90, цезий Cs-137, а также плутоний Pu-239;

- фракционный состав выброшенной пыли (мелкая дисперсность) способствует проникновению радионуклидов в микротрещины, поры, обитаемые объёмы и существенно затрудняет дезактивацию. Кроме того, сами выброшенные вещества могут находиться в растворимых и нерастворимых формах. Так называемые «горячие» частицы, содержащие топливо, имеют высокую собственную температуру (до 600-800 ⁰С) чрезвычайно радиоактивны и опасны для организма человека.

В целом, на начало 1991 г. площадь территории, загрязненной радиоактивным цезием составляла более 100 тыс. км² с населением около четырёх миллионов человек.

Во время и вскоре после аварии, от радиационного заражения погибли 29 человек, у 208 диагностирована лучевая болезнь, из зон, ближайших к АЭС, было эвакуировано 115 тыс. человек, йодной профилактикой охвачено 5.4 млн человек, около 650 тыс. человек, принимавших участие в ликвидации последствий аварии, получили ту или иную дозу облучения. На больших площадях оказалась заражённой сельскохозяйственная продукция. Пришлось проводить дезактивацию более 600 населённых пунктов, снимать на значительной территории загрязнённый грунт (с последующим захоронением), производить засыпку опасных участков щебнем, песком, чистым грунтом. Суммарные потери народного хозяйства превысили 8 млрд рублей (в ценах 1986 г.).

В очаге поражения при аварии на АЭС выделены следующие зоны (рис. 5):

М – зона радиационной опасности (красный цвет);

А – зона умеренного загрязнения (синий цвет);

Б – зона сильного загрязнения (зелёный цвет);

В – зона опасного загрязнения (коричневый цвет);

Г – зона чрезвычайно опасного загрязнения (чёрный цвет).

 

 

 

Рисунок 5 - Зоны заражения

 

Таблица 10 - Радиационные характеристики зон радиоактивного загрязнения местности при авариях на АЭС

Наименование зоны загрязнения	Зона	Доза излучения за 1-й год после аварии	Мощность дозы излучения через 1 час после аварии
На внешней границе (рад)	На внутренней границе (рад)	На середине зоны (рад)	На внешней границе (мрад/ч)	На внутренней границе (мрад/ч)
Радиационной опасности	М
Умеренного	А
Сильного	Б
Опасного	В
Чрезвычайно опасного	Г		--			--

 

При проектировании АЭС должны учитываться сейсмичность зоны, её геологические, гидрологические и ландшафтные особенности. Площадка АЭС мощностью 440 МВт и более должна быть не ближе 25 км от городов с населением 300 тыс. человек. Плотность населения в 25-километровой зоне не должна превышать 100 чел/км². Минимально допустимое расстояние от АЭС до города с населением до 1 млн человек- 30 км; более 1 млн человек- 40 км, а с населением свыше 2 млн человек – 100 км.

В настоящее время в РФ функционируют 9 АЭС, на которых расположены 26 энергоблоков. Для сравнения Франция имеет 28 АЭС (52 энергоблока), США – 109 АЭС.