Гордон Безопасност ядерныкх обектов 2014

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИФИ»

Б.Г. Гордон

БЕЗОПАСНОСТЬ ЯДЕРНЫХ ОБЪЕКТОВ

Рекомендовано к изданию УМО «Ядерные физика и технологии»

Москва 2014

3

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебное пособие представляет собой системное изложение основных понятий и проблем, связанных с безопасностью при использовании атомной энергии. Предмет изложения не следует воспринимать как науку, он скорее содержит информацию о существующих представлениях в указанной сфере знаний. В частности, в книге излагаются основы идеологии безопасности, позволяющей чётко ответить на вопросы: что такое безопасность, какие понятия безопасности используются в технической литературе, как они связаны между собой и т.п. Исходя из ответов на эти вопросы, описаны основные аспекты обеспечения и обоснования безопасности ядерных объектов, а также тесно связанные государственные системы управления использованием атомной энергии и регулирования безопасности, их законодательное обеспечение и практика его реализации. В этом описании основной упор делается не столько на содержании тех или иных законов, указов и постановлений, с которыми, в конце концов, можно ознакомиться по первоисточникам, сколько на том, почему их содержание такое, как есть.

На русском языке не так уж много книг, посвящённых изложению проблем безопасности ядерных объектов. И все они, так или иначе, рассматривают вопросы обеспечения и обоснования безопасности, так как написаны авторами, связанными с институтами государственных органов управления использованием атомной энергии. Но в Российской Федерации все годы её существования возрастает роль органов регулирования безопасности при использовании атомной энергии, которая остаётся сравнительно малоизвестной сферой государственного устройства.

Впервые учебное пособие, раскрывающее содержание деятельности по регулированию безопасности, было написано для студентов МИФИ [1]. В нём состояние, формы и результаты деятельности были представлены так, как они выглядели на середину 1999 года. Существенные перемены в стране и в регулирующем ведомстве, произошедшие за последующие годы, потребовали полной переработки курса, которая завершилась в 2009 году изданием учебного пособия [2]. Однако в 2010 году вновь произошли серьёзные изменения в атомном законодательстве, структуре федераль-

4

ных органов исполнительной власти и функциях регулирующего органа, что привело к изданию [3].

В 2013 году исполнилось 30 лет государственному органу регулирования безопасности при использовании атомной энергии, который все эти годы работал в переменном законодательном поле, неоднократно переименовывался и переподчинялся. Его функции изменялись в соответствии с запросами времени и условиями в нашей стране. Наряду со стремлением дать студентам актуализированную картину живой государственной деятельности возникла необходимость зафиксировать те очевидные только специалистам результаты, которые могли бы быть выражены инвариантно, по возможности, не зависимо от изменений законодательства, государственной структуры, административных новаций и т.п.

Однако жизнь устроена так, что приобретения непременно сопровождаются потерями, преимущества – недостатками, а стремление запечатлеть живую действительность обуславливает субъективность выбора и оценок. Данное пособие, написанное для того, чтобы служить основой для понимания проблем безопасности ядерных объектов, по существу, является первой попыткой такого рода. Конкретные особенности, актуальные проблемы и результаты деятельности по обеспечению, обоснованию и регулированию безопасности могут быть описаны и привнесены в учебный курс уже при чтении лекций. Те же из них, которые содержатся в данном пособии, служат для иллюстрации формы их представления.

Разумеется, каждый человек, профессионально работающий в какой-либо области, имеет собственную систему идей для описания своей сферы знаний и ориентации в ней. Идеи позволяют объяснить известные факты, выявить причинно-следственные связи между явлениями и даже предвидеть возможные последствия явлений за пределами наличного времени. Новые факты впоследствии включаются в систему или приводят к ее изменению. Этим обусловлена субъективность, в общем-то, любого текста.

Но в сфере безопасности ядерных объектов большое значение имеют международные документы: конвенции, рекомендации МАГАТЭ, доклады OECD/NEA, WENRA и других организаций, которые отражают межгосударственные подходы в этой весьма чувствительной области человеческой деятельности. Тщательное использование этих документов, содержание которых также сию-

5

минутно и изменчиво, всё-таки позволяет уменьшить субъективизм автора.

При таком подходе у пособия появляется ещё один адресат. В последние годы наряду со строительством АЭС в развивающихся странах, таких как Китай, Индия, наблюдается попытка активной экспансии российских ядерных технологий в страны, не имеющие своей атомной энергетики. Пока она реализована только в Иране, но планируется сооружение АЭС в Турции, Вьетнаме, Бангладеш и целом ряде других стран. Экспорт ядерных технологий сопровождается созданием в этих странах необходимых государственных инфраструктур управления и регулирования безопасности, подготовкой и обучением персонала, передачей соответствующих документов и организацией необходимых процедур. Данное пособие оказывается весьма полезным в этих условиях.

Наряду с упомянутыми выше книгами система представлений, касающихся, в основном, ядерной и радиационной безопасности (ЯРБ), содержится в [4]. Сама систематизация идей весьма плодотворна. При столкновении с целым рядом явлений и событий в области ЯРБ идеология позволяет системно и четко формировать отношение к ним и принимать необходимые решения, в том числе, при выборе инвариантов регулирующей деятельности. Поэтому с краткого изложения этой идеологии мы и начнём.

6

ЧАСТЬ 1 ОСНОВЫ ИДЕОЛОГИИ БЕЗОПАСНОСТИ

Глава 1 ОТЛИЧИЯ АТОМНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ОТ ИНЫХ

Каждый изучаемый объект следует по возможности четко определить. Данное пособие посвящено вопросам обеспечения, обоснования и регулирования безопасности при использовании атомной энергии в мирных целях, то есть технологии производства электрической энергии с применением ядерных реакций деления. Объектами использования атомной энергии, наряду с атомными станциями (АС), являются и иные ядерные установки (ЯУ), предназначенные для производства, транспортирования и хранения ядерного топлива, свежего и облученного в ядерных реакторах. То есть установки, в которых используются ядерные (расщепляющиеся) материалы (ЯМ).

1.1. Главное физическое отличие ЯУ от любых иных объектов – высокая концентрация энергии в ЯМ по сравнению с традиционным химическим топливом. В зависимости от состава и концентрации расщепляющихся нуклидов энергоемкость ЯМ в 103 – 106 раз больше, чем, например, нефти. Поэтому неконтролируемое высвобождение ядерной энергии или разрушение ядерного топлива (ядерная авария) сопровождается такими радиационными последствиями, которые могут оказывать глобальное воздействие на окружающую среду на огромных территориях.

История аварий – отдельная грустная страница истории человечества. Наиболее крупные из них в атомной сфере будут рассмотрены ниже. Последствия аварии имеют разные показатели. Если судить о размерах аварии по количеству погибших, то, наверное, крупнейшей следует признать наводнение в Китае 1931 года, унесшее от воздействия стихии, голода и болезней единовременно около 4 миллионов жизней. Но в истории человечества это была региональная авария, о которой, к сожалению, не так много известно.

7

Чернобыльская авария, из-за которой достоверно за 20 лет погибло 59 человек [5], привела к повышению радиационного фона во всей Европе и оказала долговременное социальное и психологическое воздействие на весь мир. Последствия последнего ощущаются до сих пор. Разумеется, пополнение наших знаний о радиационном воздействии на человека может изменить оценки, но пока они таковы.

Авариям на АЭС Фукусима предшествовали землетрясение и цунами, которые унесли десятки тысяч жизней. Планета постоянно подвергается воздействию таких природных катаклизмов, о последствиях которых помнят лишь родственники жертв, да специалисты. Но в данном случае они стали причинами аварий на АЭС. И хотя от радиационного воздействия этих аварий никто не погиб, мало кто сомневается в их сильнейшем воздействии на всю мировую экономику, а их технологические особенности будут изучаться долгие годы. Стоимость ликвидации последствий этих аварий многократно превысила выручку от продажи уже произведённой электроэнергии, и это обстоятельство будет также обсуждаться.

Здесь автор позволит себе высказать некоторые общие соображения о последствиях резких скачков в человеческом знании. Мы живём в мире, размеры которого определяются масштабами, воспринимаемыми нашими чувствами и достигнутыми возможностями. Человечество освоило скорости порядка км/с. И скачок на че- тыре-пять порядков вверх выводит в область, где время замедляется, пространство искривляется и т.п. При приближении к абсолютному нулю проявляются такие свойства, как сверхпроводимость, сверхтекучесть и т.д. Человек различает длины порядка долей миллиметра. Но скачок на пять-шесть порядков вниз переводит в сферу нанометров, где проявляются совсем другие законы природы, изучение которых только начинается в наши дни.

Это наводит на мысль, что при овладении атомной энергией также привычные представления должны применяться с осторожностью, так как мы ещё только приступаем к пониманию того, какими энергиями предполагаем распоряжаться. Эти соображения будут развиты в следующей части.

1.2. Вторым важнейшим отличием ЯУ является длительность последствий аварий, которую трудно представить для любого дру-

8

гого вида человеческой деятельности. Продукты деления в отработавшем (облученном) ядерном топливе (ОЯТ), высокоактивные отходы, образующиеся при переработке топлива, сохраняют радиотоксичность тысячи и миллионы лет. Для примера напомним периоды полураспада некоторых из радиоактивных изотопов:

стронция и цезия – десятки лет; плутония – десятки тысяч лет; иода – десятки миллионов лет.

До сих пор таких изотопов просто не было в природе. Кроме того, часть изотопов является высокотоксичными ядами, независимо от их радиационного воздействия, другие, такие как полоний, при попадании внутрь организма оказывают смертельное радиационное воздействие.

Разрыв емкости, содержащей высокоактивные жидкие отходы ядерного производства на ФГУП «ПО «Маяк», произошел в результате неисправности теплообменника, предназначенного для их охлаждения. Нарушение правил эксплуатации привело к тепловому взрыву. Последствия этой аварии ощутимы до сих пор и будут оказывать влияние на окружающую среду еще довольно долго именно за счет долгоживущих продуктов деления. Да и при нормальной эксплуатации этого производства в прежние годы накоплено такое количество радиоактивных отходов (РАО), которое оказывает сильное влияние на весь близлежащий регион и беспокоит весь мир.

Здесь уместно обратить внимание на отличие воздействия ядерной аварии от взрыва атомной бомбы. При последнем основными разрушительными силами являются: ударная волна, поражающая людей и разрушающая здания; электромагнитное излучение, приводящее к пожарам; ионизирующее излучение, воздействующее на биоту. Все эти факторы следуют сразу за взрывом. Образующиеся изотопы имеют относительно короткое время жизни, радиоактивное заражение местности в общем недолгое, и на месте ядерных взрывов сравнительно легко возобновляется человеческая деятельность.

Вышедшие из-под контроля цепные реакции на ЯУ не сопровождаются воздействиями такой мощности. Основной причиной разрушений при авариях на ФГУП «ПО «Маяк», в Чернобыле и на

9

Фукусиме были силы давления. Поражающим фактором были продукты деления, накопленные в высокоактивных отходах и разрушенном топливе реактора. Так что общность физической природы (ядерные реакции) не должна затушевывать различие воздействующих факторов.

В этом контексте следует упомянуть хранилища РАО, которые не являются ЯУ, но могут содержать ЯМ. В большинстве хранилищ содержатся отходы «прежней деятельности», то есть РАО, образовавшиеся при производстве ядерного оружия, как уже упомянутый сосуд на ФГУП «ПО «Маяк».

Ни одно живое существо не держит при себе в течение всей жизни отходы своей деятельности. Ни одна энергетическая технология не накапливает свои отходы на производственных площадях. Только на объектах использования атомной энергии вынуждены это делать в силу высокой опасности отработавшего топлива и продуктов его производства, использования и переработки. И после вывода из эксплуатации самого объекта эти ОЯТ и РАО должны храниться неопределённо долго. Причём, как бы ни были надежны управляющие системы, само наличие человека в системе управления объектом вносит неопределенность в любые оценки его безопасности.

1.3. Третье и последнее принципиальное отличие ядерной технологии – режим нераспространения ЯМ, который призван воспрепятствовать несанкционированным попыткам создания ядерного оружия. ЯМ имеют так называемое двойное назначение, они могут быть использованы для военных целей: создания атомной бомбы, «грязной» бомбы и т.п. Поэтому ЯМ тщательно учитываются, контролируются и вместе с ядерными установками находятся под физической защитой (от проникновения физических лиц), сопоставимой только с физической защитой военных объектов.

Именно перечисленные физико-технические отличия ядерной технологии производства электроэнергии от всех иных промышленных отраслей формируют представление о её особости и, как говорят, мессианские иллюзии по поводу дальнейшего развития атомной энергетики. Именно они обусловили целый ряд организа-

10