П.3. К вопросу о радиоактивном загрязнении окружающей среды

Анализ выбросов действующих АЭС в атмосферу показал, что для АЭС с реакторами ВВЭР-1000 и РБМК основными радионуклидами в выбросах являются: ИРГ, ¹³⁷Cs, ¹³⁴Cs, ¹³¹I, ⁶⁰Co (Балаковская, Волгодонская, Калининская, Курская, Ленинградская, Нововоронежская); ИРГ, ¹³⁷Cs, ¹³¹I, ⁶⁰Co (Кольская, Смоленская). Для реактора БН-600 с жидкометаллическим теплоносителем - ИРГ, ¹³⁷Cs, ⁶⁰Co (Белоярская); ИРГ, ⁹⁰Sr, ¹³¹I, ⁶⁰Co (Билибинская), причем основной дозообразующий вклад внешнего облучения создают ИРГ. Однако наблюдаемые объемные активности выбросов соответствующих радионуклидов существенно ниже допустимых и, согласно НРБ – 99, не представляют опасности для населения.

В условиях обычной штатной работы на ОИАЭ, например, на АЭС эта величина, действительно, незначительна и ею можно пренебречь. Однако, в период планового профилактического ремонта (ППР) выброс может достигать значительной величины, составляя от 80 до 90% годового выброса, поскольку процесс выброса длится достаточно короткое время (1-2 суток).

И з приведенных выше данных следует, что на каждом типе указанных производств наиболее значительную величину выбросов в атмосферу составляют ИРГ, радиационные характеристики которых, наряду со значениями дозовых коэффициентов, предназначенных для оценки мощности дозы β-излучения B_aβ (Зв·м³/(с·Бк)), отдельных радионуклидов приведены в табл. П.9.1.

Р

Рис. П.9.12. Осевые распределения объемной активности А_v ⁸⁵Kr при скорости воздушного потока равного 5 (1); 10,7 (2); 15,3 (3) м/с. Аналитический расчет для стационарного уравнения вида (П.14.10) с S(x,z) вида (13.20)

адиационное воздействие инертных радиоактивных газов в силу их особых физико-химических свойств учитывают лишь при оценке внешнего облучения, полагая, что в процессе переноса радиоактивной примеси в атмосфере они полностью рассеиваются и не взаимодействуют с подстилающей поверхностью. Последнее утверждение требует более тщательного анализа, поскольку выходящие из венттруб ОИАЭ ИРГ представляют собой специфическую газовую среду, плотность которой значительно больше плотности воздуха ρ_в = 1,29×10^-3 г/см³.

При распространении инородного газового потока в воздушной среде соответственно поток должен либо подниматься вверх, либо опускаться вниз, в зависимости от того будет ли плотность этого газового потока ρ_г меньше или больше плотности воздуха ρ_в. Таким образом, газовая среда, распространяющаяся в воздухе с плотностью в 1,38 (по Ar), 2,9 (по Kr) и 4,57 (по Xe) раз больше плотности воздуха, согласно закону Архимеда должна в воздухе опускаться вниз. Если указанная среда радиоактивна, то она, опускаясь на подстилающую поверхность, будет создавать дозовую нагрузку как внешнего облучения, так и внутреннего - при дыхании (доза при ингаляции) в зависимости от общей величины активности в выбросе.

Результаты расчетов осевых распределений объемной активности при различных состояниях устойчивости атмосферы, характеризуемых различной скоростью воздушного потока приведены на рис.П.9.12 на высоте z = 1,5 м при эффективной высоте выброса h_эф = 100 м. Из рисунка следует, что максимум распределения уменьшается и сдвигается в сторону больших расстояний от источника с ростом скорости ветра. На больших расстояниях от источника выбросов (x = 500 м) объемная активность в распределении 3 оказывается больше по сравнению с распределениями 1 и 2. Последнее обусловлено тем, что при большой скорости ветра ИРГ подхватывается ветром (сдувается от источника) и переносится на большие расстояния. Напротив, при малой скорости ветра основная масса оседает вблизи источника. С ростом эффективной высоты выброса h_эф максимум распределения также сдвигается в сторону больших расстояний от источника выбросов. Эти результаты хорошо известны в литературе и в настоящей работе лишь подтверждают справедливость расчетов.

Таблица П.9.1
Радионуклиды инертных радиоактивных газов
Радионуклид	Энергия фотонов E, МэВ	Квантовый выход η, %	Период полураспада T½	Значения дозовых коэффициентов отдельных радионуклидов Вaβ, (Зв · м3/(с· Бк))	Граничная энергия β-излучения, Е0, кэв
41Ar	1,2936	99,1	1,83 ч	2,42×10-14	–
85m Kr	0,30447 0,15099	14,1 75,3	4,48 ч	1,4×10-14	–
85Kr	0,51397	0,435	10,71 года	1,23×10-14	0,672
87Kr	0,4027	48,3	1,27 ч	6,66×10-14	3,881
88Kr	2,3920 2,1959 1,5298 0,8347 0,1961	37,8 14,9 11,3 13 37,8	2,84 ч	1,86×10-14	0,958
125Xe	0,2434 0,18843	28,9 55,1	17,0 ч	–	–
127Xe	0,37496 0,20284 0,17210	20,3 67,7 23,2	36,41 дня	–	–
133Xe	0,089997 KX 0,03164	36,3 47	5,245 дня	5,14×10-15	0,346
135Xe	0,2498	90,5	9,083 ч	1,9×10-14	0,909

оценку эквивалентной дозы внешнего облучения в рамках концепции лучевого равновесия в зависимости от состояния устойчивости атмосферы проводили, используя полученные результаты расчета объемной активности в максимуме ее распределения и дозовые коэффициенты работы, по формуле:

H = A_vB_αγt, (П.9.1)

где A_v (Бк/м³) – объемная активность ИРГ; B_αγ – дозовый коэффициент, равный мощности эквивалентной дозы, создаваемой в ткани человека, находящегося на открытой поверхности почвы при единичной концентрации радионуклида в атмосферном воздухе [Гр·м³/(с·Бк)]; t – время облучения.

Расчеты показали, что при низкой скорости воздушного потока в максимуме распределения объемной активности величина мощности дозы внешнего облучения составляет: 0,826 мЗв/час ( = 5 м/с), т.е. за сутки персонал может получить годовую дозу 20 мЗв, а за 6 часовой рабочий день 4,95 мЗв (0,5 P). Хотя полученные оценки и не превышают интегральные нормы НРБ-99/2009 для персонала, тем не менее его дальнейшая работа на ОИАЭ, на котором могут наблюдаться такие штатные выбросы, требует повышенных индивидуального дозиметрического контроля и экологического контроля окружающей среды.

Оценка дозы при ингаляции, обусловленная воздействием β-излучения радионуклидов ИРГ на легкие, как правило, в литературе не рассматривается, но в рамках представленного в настоящей работе концептуального подхода решения проблемы утилизации ИРГ ее величину можно получить по формуле, аналогичной формуле (П.9.1), используя вместо дозового коэффициентов B_αγ коэффициенты B_αβ, применяемые в для оценки мощности эквивалентной дозы для незащищенной одеждой биологической ткани, учитывая тот факт, что β-излучение ИРГ, попадающих в легкие при дыхании, будет производить подобный эффект при воздействии на легочную ткань. Значения этих коэффициентов для различных ИРГ приведены в табл.П..9.2.

H = A_vB_αβt. (П.9.2)

Таблица П.9.2 Таблица 5
Дозовые нагрузки персонала при внутреннем β-облучении инертными радиоактивными газами
Радионуклид	Период полураспада T½	Время пребывания в зоне радиоактивного загрязнения t, с.	Значения дозовых коэффициентов отдельных радионуклидов Baβ, Зв · м3/(с· Бк)	Доза персонала за время пребывания в зоне радиоактивного загрязнения, мЗв
41Ar	1,83 ч	–	2,42×10-14	–
85m Kr	4,48 ч	16128 (4,48 ч)	1,40×10-14	0,418
85Kr	10,71 года	21600 (6 ч)	1,23×10-14	0,492
87Kr	1,27 ч	13716 (3,81 ч)	6,66×10-14	0,986
88Kr	2,84 ч	10224 (2,84 ч)	1,86×10-14	0,352
125Xe	17,0 ч	21600 (6 ч)	–	–
127Xe	36,41 дня	21600 (6 ч)	–	–
133Xe	5,245 дня	21600 (6 ч)	5,14×10-15	0,205
135Xe	9,083 ч	21600 (6 ч)	1,90×10-14	0,76

Тогда в области максимума кривой 1 рис.П.9.12 при значении объемной активности A_V равной 1,85·10⁶ Бк/м³ за время t пребывания в зоне приземления факела выбросов, содержащего только ИРГ, не большего периода полураспада радионуклида (t ≤ T_½), сотрудники из персонала АЭС могут получить дозы, значения которых также приведены в табл. П.9.2.

Результаты оценки показывают, что доза персонала за время его пребывания в зоне радиоактивного загрязнения для большинства радионуклидов более чем 5-10 раз превышает допустимое значение при штатной работе АЭС. Более корректные оценки указанных величин, в первую очередь, требуют уточнения модели дыхания и учета особенностей взаимодействия β-излучения с легочной тканью, а также привлечения численных методов решения уравнения переноса для электронов (например, в рамках модели непрерывного замедления) для расчета дозовых распределений в указанной легочной ткани.