Тема 3: Аварії на радіаційно небезпечних об’єктах, їх медико-санітарні наслідки Вступ

Серед техногенних джерел надзвичайних ситуацій найбільшу небезпеку по тяжкості ураження, масштабам і тривалості дії вражаючих факторів становлять радіаційні катастрофи. У звичайних умовах радіаційна обстановка в країні визначається, по-перше, природною радіоактивністю, включаючи космічні випромінювання; по-друге, радіоактивним фоном, обумовленим випробуваннями ядерної зброї; по-третє, наявністю територій, забруднених радіоактивними речовинами внаслідок аварій, що відбулися в попередні роки, на підприємствах атомної промисловості і енергетики; по-четверте, експлуатацією радіаційно небезпечних об'єктів.

У 30 країнах світу в експлуатації знаходяться 437 ядерних енергоблоків і ще 39 будуються.

У США діють 109 енергоблоків, у Франції — 56, в Японії — 51, у Великобританії — 35, в Росії — 29, в Канаді — 21, в Німеччині — 20, на Україні — 16.

На частку ядерної енергетики в загальному виробництві електроенергії в Литві доводиться 85 %, у Франції — 76 %, в Бельгії — 55 %, в Швеції і Болгарії — по 46,5 %, в Словаччині, Швейцарії, Словенії, Кореї, Іспанії, Фінляндії, Німеччині і на Україні — більше 1/3, в США — 22,5 % і в Росії — 11,8%.

Найбільші атомні електростанції світу: Фукусіма (Японія) – 10 енергоблоків, Брюс (Канада) – 7 енергоблоків, Запорізька АЕС – 6 енергоблоків, Гравелін (Франція) – 6 енергоблоків та ін.

3.1. Аварії на радіаційно небезпечних об’єктах: визначення, види

Ядерні енергетичні установки та інші об’єкти економіки, при аваріях і зруйнуваннях яких можуть відбутися масові радіаційні ураження людей, тварин і рослин, називають радіаційно-небезпечними об’єктами (РНО).

До РНО належать атомні станції (АЕС, атомні станції теплопостачання, атомні енерготехнологічні станції), підприємства ядерного паливного циклу та ін.

Поняття „ядерно-паливний цикл” характеризує послідовність операцій з радіоактивними матеріалами у ядерній енергетиці і включає в себе такі технології і відповідні їм об’єкти, як:

• видобування, подрібнення і концентрування уранової руди – уранові копальні, збагачувальні фабрики;

• вилучення урану з уранової руди та його збагачування ізотопом з масовим числом 235 – радіохімічні підприємства;

• перетворення урану в паливо і виготовлення паливних елементів – підприємства атомного машинобудування;

• використання паливних елементів у ядерних реакторах: атомні електростанції, атомні теплоелектроцентралі, атомні станції побутового теплозабезпечення (АСТ), атомні станції промислового теплозабезпечення, атомні надводні кораблі (АНК), атомні підводні човни, космічні апарати, дослідницькі реактори;

• виділення з відпрацьованого палива накопиченого плутонію, невикористаного урану та інших радіонуклідів, які застосовуються в різних галузях виробництва (наука, техніка, медицина тощо) – радіохімічні заводи;

• регенерація палива і виготовлення паливних елементів – радіохімічні підприємства та підприємства атомного машинобудування;

• перевезення свіжого відпрацьованого палива, радіоактивних матеріалів та відходів – спеціалізовані транспортні підприємства;

• зберігання палива, радіоактивних матеріалів та відходів – тимчасові сховища на окремих підприємствах та постійні сховища на пунктах схоронення радіоактивних відходів.

Необхідно відзначити, що в Україні, як і в багатьох інших країнах світу, немає повного (замкнутого) ядерно-паливного циклу. Проте окремі елементи його функціонують. До них відносять: видобуток, подрібнення і концентрування.

Головними місцями накопичення радіоактивних відходів є атомні станції, на яких здійснюється їх первинна переробка та тимчасове зберігання. На АЕС не існує повного циклу первинної переробки відходів відповідно до вимог норм, правил та стандартів з ядерної та радіаційної безпеки, що призводить до нераціонального використання сховищ та збільшує ризик радіаційних аварій. У 30-кілометровій зоні Чорнобильської АЕС зберігається в тимчасових, не пристосованих для зберігання сховищах велика кількість радіоактивних відходів, серед яких є відходи ядерної енергетики. Головним джерелом небезпеки у 30-кілометровій зоні Чорнобильської АЕС залишається об'єкт "Укриття", в якому зосереджені небезпечні радіоактивні речовини та ядерні матеріали, радіоактивність яких близько 20 млн. Кі. У шести областях України розташовані регіональні підприємства УкрДО "Радон" з переробки та зберігання радіоактивних відходів, які приймають на зберігання радіоактивні відходи від усіх галузей народного господарства. Ці підприємства також не мають установок для первинної переробки відходів. Підприємства з видобування та переробки уранових руд знаходяться у Дніпропетровській, Миколаївській та Кіровоградській областях. Характерним для уранопереробки є те, що майже всі її відходи - відвали шахтних порід, скиди та викиди (рідкі, газоподібні) є джерелами радіаційного забруднення навколишнього природного середовища. В них містяться природний уран, торій-232, продукти розпаду уранового та торієвого рядів, у тому числі і радіоактивний газ радон. Для природного середовища та людей головну небезпеку становлять великі за своїми обсягами сховища та зосереджені в них радіоактивні матеріали. Україна належить до країн з дуже розвинутим використанням джерел іонізуючого випромінювання

Нині в Україні більше 8000 підприємств і організацій, що використовують у виробництві радіоактивні речовини, 2 дослідних ядерних реактори, п’ять атомних електростанцій з 16 енергетичними реакторами – Чорнобильська, Запорізька, Хмельницька, Ровенська та Південно-Українська.

Ядерний реактор – це фізичний пристрій, у якому здійснюється керована ланцюгова реакція ядерного поділу з виділенням і відведенням теплової енергії.

У переважній більшості існуючих ядерних реакторів для підтримання ланцюгової реакції поділу ядер атомів палива використовуються повільні (теплові) нейтрони. Проте вже є ядерні реактори, які працюють і на швидких нейтронах.

Основною частиною ядерного реактора є активна зона, в якій певним чином розташовані тепловидільні елементи (ТВЕЛ) з ядерним паливом, сповільнювач нейтронів та нейтронопоглинальні стержні, за допомогою яких здійснюється управління ланцюговою реакцією ядерного поділу (самопідтримуюча реакція ділення ядер ядерного палива). Тепло, що виділяється в ході реакції використовується для отримання електроенергії. Для відведення тепла від ТВЕЛ через активну зону реактора безперервно прокачується теплоносій.

На АЕС в якості ядерного палива використовується переважно двоокис урану-238, збагаченого ураном-235. Ступінь збагачення складає декілька відсотків (максимально до 6%).

До сповільнювачів належать речовини, які значною мірою зменшують енергію, а разом з тим і швидкість нейтронів (графіт, легка і важка вода та ін.).

Як теплоносій можуть використовуватись вода (легка або важка), газ (гелій, азот, двоокис вуглецю), рідкий метал (натрій) та деякі інші речовини.

Класифікація ядерних реакторів. За своїм призначенням ядерні реактори поділяються на: дослідницькі, експериментальні та енергетичні.

Нині в ядерній енергетиці використовується п’ять основних модифікацій реакторів, що працюють на повільних нейтронах, і один тип реактора – розмножувача на швидких нейтронах.

На вітчизняних АЕС найширшого застосування набули водоводяні енергетичні реактори (ВВЕР), в яких теплоносієм і сповільнювачем є легка вода, і реактори великої потужності канальні (РВПК), де теплоносієм є легка вода, а сповільнювачем – графіт.

Принципова відмінність цих двох типів реакторів полягає ще й в тому, що в реакторі типу ВВЕР теплоносій прокачується через всю активну зону, а тому весь корпус реактора перебуває під тиском, а в реакторах типу РВПК теплоносій циркулює по робочих каналах і тільки вони перебувають під тиском. В зв’язку з цими особливостями, реактори першого типу прийнято називати корпусними, а реактори другого типу – канальними.

В ході реакції в ТВЕЛах накопичуються продукти ядерного ділення (ПЯД), біля 200 радіоактивних ізотопів, котрі по своєму якісному складу не відрізняються від продуктів, що утворюються при ядерних вибухах. Кількісна відмінність між ПЯД і продуктами ядерного вибуху полягає в тому, що реакція ділення в ТВЕЛах протікає не миттєво як при ядерних вибухах, а триває багато місяців.

Науковий комітет з дії атомної радіації ООН (НКДАР ООН) вважає, що певне значення в опроміненні людей мають тільки 20 радіоізотопів 14 хімічних елементів. Це водень-3, або тритій, вуглець-14, магній-54, залізо-55, криптон-85, стронцій-89, стронцій-90, цирконій-95, рутеній-103, рутеній-106, йод-131, цезій-134, цезій-137, церій-141, церій-144, барій-140,плутоній-238, плутоній-239, плутоній-241, америцій-241. Найбільшу ж роль в опроміненні населення відіграють лише 8 радіонуклідів, тому що внесок кожного з них в ефективну еквівалентну дозу перевищує 1%. До цих радіонуклідів відносять вуглець-14, стронцій-90, цирконій-95, рутеній-106, йод-131, цезій-137, церій-144, водень-3.

Кількість та ізотопний склад ПЯД ядерного палива залежить від типу, енергетичної потужності та тривалості роботи реактора. Вихід продуктів поділу з активної зони за її перегріву або розплавлення визначається ступенем їх леткості.

Так, інертні гази криптон і ксенон повністю випаровуються з палива. Такі хімічні елементи, як молібден, цирконій, церій і плутоній можуть надходити в навколишнє середовище у вигляді тонко дисперсного пилу (паливних частинок).

Таким чином, при аварії реактора радіоактивні викиди можуть складатися із двох компонентів:

• газоаерозольного, до складу якого входять легкі радіонукліди (радіоізотопи криптону, ксенону, йоду, цезію і телуру);

• паливного у вигляді тонкодисперсного пилу, до складу якого входять важкі радіонукліди (радіоізотопи молібдену, цирконію, церію, плутонію і значною мірою стронцію.

Співвідношення цих компонентів залежить від ступеня перегрівання палива і механічного руйнування активної зони реактори.

Радіаційною аварією називається викид радіоактивних речовин за межі ядерно-енергетичного реактора, внаслідок чого може створюватися підвищена радіаційна небезпека, що являє собою загрозу для життя та здоров’я людей. При аварії на АЕС виникає паровий вибух із виходом радіонуклідів у навколишнє середовище.

З практики експлуатації АЕС в 14 країнах світу відомі більше 300 аварій з викидом радіонуклідів у зовнішнє середовище. Щорічно у світі відбувається до 45 пожеж на АЕС. Найбільшими були аварії на АЕС „Тримайл Айленд” (США, 1979 р.) – наслідки аварії носили локальний характер; аварія на Чорнобильській АЕС (квітень 1986 р.) – наслідки носили загальний характер.

В залежності від меж розповсюдження радіоактивних речовин і радіаційних наслідків виділяють наступні види радіаційних аварій:

• локальні аварії - радіаційні наслідки обмежуються однією будівлею, спорудою;

• місцеві аварії - радіаційні наслідки обмежуються територією РНО;

• загальні аварії - радіаційні наслідки розповсюджуються за межі території РНО.

Враховуючи вищевикладене, для розробки заходів щодо захисту населення навколо АЕС умовно виділяють такі зони радіаційної безпеки:

- санітарно-захисна зона радіусом 3 км;

- зона можливого небезпечного забруднення радіусом 30 км;

- зона спостереження радіусом 50 км;

- зона проведення захисних заходів радіусом 100 км.

При прогнозуванні та оцінці радіаційної обстановки передбачаються види можливих аварій, при яких створюється небезпечна радіаційна обстановка на місцевості. За ймовірністю виникнення і наслідками аварії ядерних реакторів поділяються на проектні і позапроектні (гіпотетичні). Проектні аварії – це передбачені ситуації, що відносно легко усуваються і не супроводжуються значним опроміненням персоналу і окремих груп населення. Гіпотетична аварія – це аварія для якої проектом не передбачаються технічні заходи, що забезпечують безпеку АЕС.

Аварія на АЕС без відкриття активної зони ЯЕР характеризу­ється одноразовим або повторним виходом РР через систему виве­дення, фільтрування газів або ж через систему охолодження реактора, призводить до викиду радіоактивної води. Ця аварія носить локальний або місцевий характер і, як правило, не несе за собою важких наслідків.

Аварія на АЕС з відкриттям активної зони ЯЕР в результаті його пошкодження (або відкриття кришки) відноситься до найнебезпечнішого виду аварії, носить, як правило, загальний характер і супроводжується важкими наслідками.

Надзвичайні ситуації на радіаційно небезпечних об’єктах мо­жуть бути зумовлені різними причинами, головним чином внаслідок порушення правил експлуатації, технологічного циклу, порушень правил зберігання радіоактивних речовин або аваріях при їх транс­портуванні, внаслідок стихійного лиха та ін.

При аварії на АЕС з зруйнуванням реактора, внаслідок парового вибуху у персоналу та населення можливі травми та термічні опіки, які супроводжуються, як правило, радіаційним ураженням.

Найбільше значення для характеристики великої радіаційної катастрофи має досвід ліквідації наслідків аварії на Чорнобильській атомній електростанції (1986). Були забруднені значні території України, Білорусі, Росії. Крім того, підвищений рівень радіації 27 квітня реєструвався в Швеції і Фінляндії, 28 квітня - в НДР, 29 квітня - в Угорщині і Італії, 2 травня - у Великобританії, 5-6 травня - в США, 7-8 травня - в Японії і Китаї.

Практично не було в Північній півкулі країни, де б не було зареєстроване забруднення території.

Катастрофа сталася 26 квітня 1986 р. в 1 год. 23 хв. 40с за московським часом на 4-му енергоблоці Чорнобильської атомної електростанції. У цей момент відбувся перший вибух, який, ймовірно, зсунув з свого місця верхні частини реактора, привів до його розгерметизації, зруйнував труби високого тиску, розвантажувальну сторону ядерного апарату, підживлювальний відсік.

Те, що трапилося призвело до того, що високорадіоактивні матеріали, що знаходилися усередині герметичного ядерного апарату, і конструкції (а це ядерне паливо, блоки графіту, регулюючі стержні та інші елементи) виявилися викинутими за межі приміщення і, падаючи разом із залізобетонними блоками покрівельного покриття, пробили легку крівлю 4-го енергоблоку станції, що знаходився поряд з машинним залом, викликали її загоряння, а також виявилися розсіяними по території атомної станції.

Про силу теплового вибуху усередині реактора говорить хоча б той факт, що в результаті його дії була зсунута і перекинута кришка реактора масою в не одну тисячу тонн.

Оскільки аварія відбулася перед зупинкою блоку на плановий ремонт, в реакторі накопичилася велика кількість радіоактивних продуктів розпаду. Сумарний викид продуктів розпаду склав 50 МКі (мільйонів кюрі) – 5 ∙ 10⁷ Кі, що складає приблизно 3,5 % загальної кількості радіоактивних речовин в реакторі на момент аварії.

Викид продовжувався з 26 квітня по 5 травня 1986 р. в різних атмосферних умовах (напрям і швидкість вітру та ін.). Тому радіоактивні речовини розповсюджувалися під впливом руху приземних шарів повітря по декількох напрямах, забруднюючи місцевість з різним ступенем інтенсивності.

Важливою особливістю аварійного викиду радіоактивних речовин є те, що вони є дрібнодисперсними частинками, що володіють властивістю щільного зчеплення з поверхнями предметів, особливо металевих, а також здатністю сорбуватися одягом і шкірними покривами, проникати в протоки потових і сальних залоз. Це знижує ефективність дезактивації (видалення радіоактивних речовин) і санітарної обробки (заходи щодо ліквідації забруднення поверхні тіла людини).

Частка активності радіоактивних речовин, викинутих з реактора при аварії на Чорнобильській АЕС, склала:

• йод-131 - 20%,

• цезій-137 - 13%,

• цезій-134 – 10%,

• барій-140-5,6%,

• стронцій-89 — 4%,

• стронцій-90 — 4%.

В перші місяці (особливо дні і тижні) значну небезпеку становить йод-131, що поступає в організм з повітрям, що вдихається, а також із забрудненими продуктами і водою Цей радіоактивний ізотоп йоду, потрапляючи з крові в невелику за об'ємом і масою (25-30 г) щитоподібну залозу, накопичується в ній. При розпаді йоду-131 виділяються бета-частки, що безпосередньо впливають на тканини залози. Зважаючи на короткий період напіврозпаду йоду-131 (8 днів) створюється небезпека інтенсивного опромінення цієї досить чутливої до радіації ендокринної залози.

Радіоактивний стронцій накопичується в кістках, а цезій - в м'язовій тканині. Період напіврозпаду цих радіоактивних речовин близько 30 років, що обумовлює можливість тривалого надходження їх в організм з водою і продуктами харчування, вирощеними на забруднених територіях.

Жертв і потерпілих могло бути значно менше, якби відразу після аварії і при ліквідації її наслідків не було допущено стільки помилок.

1. Не було ніякої інформації для населення. Місцеві органи влади ні по радіо, ні у пресі ні словом не обмовилися про те, що трапилося, навіть після перших повідомлень московських та київських радіостанцій і газет.

2. Евакуацію було проведено з великим запізненням. 27 квітня в 14 год. розпочалася евакуація з м. Прип’яті, 4 травня в 14 год. розпочалася евакуація населення з 30-кілометрової зони, а 5 травня в 10 год. - з м. Чорнобиля.

3. Планами штабу Цивільної оборони Чорнобильського району передбачалися запаси засобів індивідуального захисту, але вони не були своєчасно використані в аварійній ситуації. У перші ж дні катастрофи в м. Прип’ять було розпоряджено видати більше 200 тис. респіраторів Р-2 і "Лепесток", але і вони негайно не застосовувалися навіть в зоні підвищеного ризику (у радіусі близько 5 км від АЕС) через низьку дисципліну працюючого персоналу і населення.

4. На складах м. Прип’яті і Чорнобиля був закладений достатній запас йодистого калію. Проте рішення про проведення йодної профілактики в ряді населених пунктів 30-кілометрової зони через нерішучість і некомпетентність керівників місцевих органів влади було ухвалене з великим запізненням (більш ніж на 2 доби), що різко понизило ефективність цього заходу, особливо по відношенню до дітей.

Рішення про проведення йодної профілактики в 60-кілометровій зоні було ухвалене лише через 10 днів з початку катастрофи. У зв'язку з цим у 3 % (69 тис.) обстежених дітей доза опромінення щитоподібної залози перевищила ГДК.

5. В період випадіння радіоактивних речовин з хмари вибуху, особливо в ближній зоні, де їх концентрація в повітрі часом на декілька порядків перевищувала допустиму, важливим заходом захисту персоналу і населення була б герметизація житлових і виробничих приміщень.

З деякою затримкою за часом цей захід був проведений на самій АЕС. Відносно герметизації житлових приміщень цього сказати не можна. Навіть в безпосередній близькості від АЕС в м. Прип’яті та інших населених пунктах до початку евакуації з них населення не вдалося добитися герметизації, не дивлячись на неодноразові нагадування по радіо.