ГЛАВА 4. Мероприятия по защите населения и территорий при авариях на радиационно (ядерно) опасных объектах1

Современное состояние и возможность дальнейшего активного развития атомной энергетики, использование в различных областях науки, техники и экономики радиоактивных материалов показывает: применение радиоактивных веществ стало одной из основ жизни человечества.

4.1. Общие сведения об авариях на радиационно (ядерно) опасных объектах

На радиационно опасных объектах (РОО) добываются, перерабатываются, хранятся, используются и транспортируются радиоактивные вещества. Радиоактивные вещества содержат изотопы, которые способны к самопроизвольному распаду. Радиоактивность — это самопроизвольный распад ядер атомов одних элементов с образованием ядер атомов других элементов и выделением атомной энергии в виде корпускулярного, фотонного и электромагнитного излучений. Распад ядер атомов в природных условиях называется естественной радиоактивностью, а у изотопов, полученных в результате ядерных реакций, — искусственной.

Атомная энергия используется в экономике, энергетике, медицине, военной сфере, научных исследованиях. Она опасна для человека и окружающей природной среды, потому что воздействие корпускулярного и квантового излучений способствует образованию ионов (положительно и отрицательно заряженных частиц) внутри организмов людей и животных, а также в растениях. Все это приводит к нарушению окислительновосстановительного процесса, который обеспечивает развитие живой природы. Поэтому атомную энергию применительно к воздействию на окружающую среду называют ионизирующим излучением.

1 Глава написана к.т.н. Е. Г. Волобуевым и к.т.н. А. С. Клецовым.

67

В состав радиационно опасных объектов входят и ядерно опасные объекты (ЯОО) — атомные станции, ядерные энергетические установки (реакторы) различного назначения, научно-исследовательские реакторы, объекты ядерно-оружейного комплекса и другие объекты, в составе которых находятся энергетические реакторы, загруженные радиоактивными веществами, и в них протекает цепная реакция.

Нарушение штатного режима работы объекта приводит к аварии. На атомных станциях аварии сопровождаются выбросом радиоактивных веществ (рис. 4.1, 4.2), что приводит к облучению в первую очередь персонала станции, а затем населения, проживающего вблизи атомной станции, и радиоактивному загрязнению окружающей среды.

Рис. 4.1. Взрыв атомного реактора

По характеру протекания аварийного процесса аварии могут быть радиационными и ядерными. Радиационная авария — это потеря управления источником ионизирующего излучения. Ядерная авария связана с нарушением правил эксплуатации или с повреждением ядерного реактора, ядерного взрывного устройства или других объектов, содержащих радиоактивные материалы.

Радиационные и ядерные аварии имеют следующие поражающие факторы: радиоактивное излучение (на самой станции и в окружающей

68

среде); ударную волну (при наличии взрыва при аварии); тепловое излучение (при наличии пожаров при аварии). Наибольшую опасность для персонала станции и населения представляет радиоактивное излучение как ионизирующее излучение и проникающая радиация.

Рис. 4.2. Последствия взрыва ядерного реактора

Для оценки опасности аварий на АЭС используется Международная шкала ядерных и радиологических событий INES (англ. INES, International Nuclear Events Scale). Она принята 1 июля 2008 года и оценивает все нештатные события по 8-бальной шкале (табл. 4.1, рис. 4.3).

За нулевой уровень («отклонение») приняты события, несущественные для безопасности. Шкала построена таким образом, что степень серьезности события возрастает с каждым уровнем шкалы примерно в 10 раз.

В рамках INES ядерные и радиационные аварии и инциденты классифицируются с учетом трех областей воздействия:

−население и окружающая среда (учитываются дозы облучения населения, находящегося близко от места события, а также обширный незапланированный выброс радиоактивного материала из установки);

−радиологические барьеры и контроль (учитывают события, которые не оказывают прямого воздействия на людей и окружающую среду, а именно

69

высокие уровни излучения и распространение радиоактивных материалов в пределах установки);

− глубокоэшелонированная защита (охватывает события, которые не оказывают воздействия на людей и окружающую среду, однако комплекс мер, предусмотренный для предотвращения аварий, не был реализован так, как это задумывалось).

70

Рис. 4.3. Основные положения международной шкалы ядерных и радиологических событий

Аварийный взрыв атомного реактора любой конструкции по возможностям загрязнения окружающей среды превосходит наземный взрыв атомной бомбы. При этом прогнозирование масштабов радиоактивного

71

загрязнения местности и атмосферы очень сложно ввиду отсутствия исходных параметров: характера аварии, метеоусловий в районе аварии и др.

Основными отличительными особенностями аварии на АЭС от наземного взрыва атомной бомбы в ходе боевых действий являются:

−радиоактивное загрязнение местности в этом случае будет иметь форму неправильного (рваного) сектора или круга, охватывающего значительную площадь (при аварии на ЧАЭС сектор загрязнения за 10 суток ветровых перемещений составил 270 градусов);

−мелкодисперсные аэрозоли, из которых образуется радиоактивное облако, обладают высокой проникающей способностью через фильтры защитных средств людей, а при оседании на поверхности проникают через микротрещины в краску и вглубь всех материалов, что затрудняет проведение мероприятий по защите населения и дезактивации территории, зданий, сооружений и техники;

−местность радиоактивными веществами загрязняется неравномерно,

апятнами с различными уровнями радиации, а на поверхности самих пятен, уровни радиации располагаются мозаично, что требует проведения регулярного радиационного контроля;

−естественный спад радиоактивности на местности после аварии на АЭС происходит более медленно и плавно, чем после взрыва атомной бомбы, поэтому территория после аварии атомного реактора будет загрязнена длительное время: несколько десятков, сотен лет.

−взрыв атомного реактора не сопровождается мощным световым излучением и ударной волной, как взрыв атомной бомбы.

Ядерная авария с разрушением реактора может быть представлена тремя фазами развития: ранней, средней, поздней.

Ранняя фаза начинается с момента начала аварии и продолжается до момента времени прекращения выброса из реактора продуктов распада в окружающую среду и полного оседания радиоактивного облака на

поверхность земли (формирования радиационных полей).

72

Продолжительность ранней фазы аварии может составлять несколько часов или несколько суток и зависит от уровня аварии, метеоусловий в районе аварии и эффективности мер локализации аварии. В Чернобыле ранняя фаза аварии продолжалась более 10 суток. В этот период обслуживающий персонал станции и население подвергаются внешнему облучению от радиоактивного облака и радиоактивного загрязнения местности, а также внутреннему облучению за счет ингаляционного поступления радионуклидов в организм человека, которое является наиболее опасным видом облучения

При некоторых авариях возможно наличие начальной стадии ранней фазы аварии, которое характеризуется возникновением аварийной ситуации в активной зоне реактора и продолжается до момента выброса радиоактивных веществ. В зависимости от типа реактора продолжительность начальной стадии составляет от нескольких часов до суток.

Средняя фаза развития аварии продолжается около года и начинается с завершением ранней фазы и оканчивается проведением основных экстренных мер по защите населения. Этот период характеризуется, в основном, внешним облучением людей от загрязненной радионуклидами территории, а при употреблении местных продуктов питания и воды — внутренним облучением.

Поздняя фаза продолжается до тех пор, пока полностью не исчезнет необходимость в проведении плановых мер защиты населения. Этот период характеризуется в основном внешним облучением людей, а внутреннее облучение возможно при недосмотре контролирующих органов за продуктами питания местного производства и питьевой водой.

Критерии ионизирующего излучения

К критериям ионизирующего излучения относятся:

−критерии источника ионизирующего излучения;

−критерии ионизирующего поля, создаваемого этим источником, характеризующие степень радиоактивного загрязнения окружающей среды;

73

− дозовые критерии, позволяющие определить возможную степень облучения человека, находящегося в ионизирующем поле.

Критерии источника ионизирующего излучения

1. Вид излучения:

−фотонное (γ- и рентгеновское излучение);

−корпускулярное (α, β, нейтроны, протоны и др.).

2.Активность А, Беккерель (Бк). Мера радиоактивности, определяемая числом радиоактивных распадов в единицу времени. 1 Бк = 1 распаду/с. Внесистемная единица Кюри (Ки): 1 Kи = 3,7 10 Бк.

3.Энергия излучения (энергетический спектр излучения) Е, Джоуль (Дж). Разность между суммарной энергией всех заряженных и незаряженных частиц, входящих в данный объем вещества, и суммарной энергией частиц, выходящих из этого объема. Внесистемная единица электрон-вольт (эВ).

4.Период полураспада Т½. Время, в течение которого распадается половина данного количества радионуклидов.

Радионуклиды:

−короткоживущие: Т½ = до 1 года (йод-131, Т½ = 8 суток);

−среднеживущие: Т½ = до 100 лет (цезий-137, Т½ = 30 лет);

−долгоживущие: Т½ > 100 лет (плутоний -239 Т½ = 29100 лет).

Практическая безопасность территории наступает при Тпб = 5 Т½; Полный распад радионуклидов происходит при Тпр = 10 Т½.

Критерии ионизирующего поля

1.Поверхностная активность Аs, Бк/м2. Активность источника на единице площади. Внесистемная единица Ки/км2.

2.Объемная активность Аv, Бк/м3. Активность источника на единицу объема. Внесистемная единица Ки/л, Ки/м3.

3.Удельная активность Аm, Бк/кг. Активность источника на единицу массы. Внесистемная единица Ки/кг.

74

Гигиенические нормы загрязнения продуктов питания

1.Основные продукты питания: Аm = 50с160 Бк/кг.

2.Отдельные продукты:

кофе, чай – Аv = 400 Бк/л, грибы – Аm = 500 Бк/кг.

3.Детское питание: Аm = 40–70 Бк/кг.

Загрязнение помещений (радон, торон)1

1.Проектируемые здания: Аv ≤ 100 Бк/м3.

2.Эксплуатируемые здания: Аv ≤ 200 Бк/м3.

3.Принятие защитных мер для населения: Аv > 400 Бк/м3.

Дозовые критерии

1. Поглощенная доза D, Грей (Гр). Основная дозиметрическая величина. Средняя энергия, переданная источником излучения веществу, находящемуся в элементарном объеме. 1Гр = 1 Дж/кг».

Внесистемная единица – рад (радиоактивная адсорбционная доза):

1Гр = 100 рад.

2.Экспозиционная доза Х, Кулон/кг (Кл/кг). Поглощенная доза по воздуху. Отношение приращения суммарного заряда фотонного излучения в элементарном объеме воздуха к массе воздуха в этом объеме.

Внесистемная единица – рентген (Р): 1Р = 0,87 рад.

3.Эквивалентная доза НTR, Зиверт (Зв). Поглощенная доза в биологической ткани. Определяется степень ионизации биологической ткани с учетом характера вида излучения:

НTR = WR DTR,

где WR – взвешивающий коэффициент вида излучения R (WR = 1 – для фотонов и электронов любых энергий; WR = 20 – для альфа частиц, осколков деления и тяжелых ядер; WR = от 5 до 20 – для нейтронов в зависимости от их энергии);

DTR – средняя поглощенная доза в органе или ткани Т.

1 Здесь Аv – среднегодовая объемная активность.

75

Для нескольких видов излучений

HT = ∑WR DTR . R

Внесистемная единица – бэр (биологический эквивалент рентгена):

1Зв = 100 бэр.

4.Эффективная эквивалентная доза Нэф, Зиверт (Зв). Величина меры риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела и отдельных его органов с учетом их радиочувствительности.

Hэф = ∑WT HTτ ,

T

где HTτ – эквивалентная доза в ткани Т за время τ;

WT – взвешивающий коэффициент по ткани Т (WT = 0,20 – для гонад; WT = 0,12 – для костного мозга, толстого кишечника, легких и желудка; WT = 0,05 – для мочевого пузыря, грудной железы, печени, пищевода и щитовидной железы; WT = 0,01 – для кожи и клеток костных поверхностей; WT = 0,05 – для остальных органов (суммарно)).

5. Мощность дозы D - Гр/с, ч; X - Кл/кг; H -Зв/с, ч. Приращение дозы в единицу времени применяется для определения величины радиационного фона и внешнего облучения расчетным способом.

Внесистемные единицы измерения: рад/с, ч; Р/ч; бэр/ч.

Годовые дозы облучения населения

1 мЗв в год в среднем за любые последовательные пять лет, но

не более 5 мЗв за 5 лет.

Влияние на человека однократного воздействия гамма-излучения