книги из ГПНТБ / Перцов Л.А. Ионизирующие излучения биосферы

§ 3. НАКОПЛЕНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ПРОДУКТОВ В ТВЭЛАХ

Одной из важнейших задач обеспечения радиационной безопасности на ядерных реакторах является надежное удер­ жание образуемых при их работе огромных количеств радио­ активных веществ. Суммарная активность продуктов деления

в существенной степени будет формироваться долгоживущей компонентой.

§4. НАКОПЛЕНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ПРОДУКТОВ

ВО Х Л А Ж Д А Ю Щ Е Й СИСТЕМЕ

При анализе условий, вследствие которых атомный реактор может стать причиной загрязнения окружающей среды радио­ активными веществами, следует иметь в виду, что в зависимости от тех пли иных обстоятельств в охлаждающей его системе мо­ гут накапливаться продукты деления горючего материала и иногда в существенных количествах.

К числу таких причин, имеющих наиболее выраженное зна­ чение и распространение, относятся:

1) наличие в конструктивных материалах примеси природ­ ного урана, обычно в количестве несколько частей на миллион;

2)образование радионуклидов из делящегося материала, присутствующего как поверхностное загрязнение на внешней стороне покрытий твэлов [22];

3)проникновение продуктов деления непосредственно из

твэлов в результате диффузии через материал оболочки [23];

4)выделение продуктов деления непосредственно из твэлов через дефекты в их оболочке, образовавшиеся в процессе их изготовления;

5)проникновение в теплоноситель продуктов деления через дефекты, возникающие в оболочках твэлов в процессе их эксп­ луатации. Такие дефекты могут обусловить выход радионукли­ дов в существенных количествах. Так, при одной из аварий, вы­ званной таким дефектом в твэлах, из реактора было выброшено около 30 кюри летучих продуктов деления [24]. Поэтому разли­ чают три типа аварийных процессов, которым следует уделять особое внимание и которые могут быть причиной сложной радиа­ ционной обстановки: 1) процессы, обусловливающие внезапный выброс активности в результате образовавшихся в твэлах де­ фектов; 2) процессы, связанные с установившейся утечкой про­ дуктов деления, которая приводит к возникновению и поддер­ жанию на постоянном уровне удельной активности теплоносителя;

3)продолжительные нарушения, при которых долгоживущие продукты медленно накапливаются на деталях реактора [15].

Помимо продуктов деления в теплоносителе могут накапли­ ваться и радионуклиды, возникающие в результате активации материалов коррозии и минералов, содержащихся в нем в сле­ довых количествах. Известно, что конструктивные элементы, соприкасающиеся с первичным теплоносителем, взаимодейст­ вуют с ним, образуя продукты коррозии и эрозии. Последние, циркулируя в первом контуре, попадают в активную зону, где подвергаются воздействию интенсивного нейтронного потока и приобретают радиоактивность. Часто долгоживущие наведен-

ные продукты коррозии, оседая на различных участках первого

распадаются до пренебрежимо малого уровня и остаточная ак­ тивность оказывается обусловленной прежде всего 6 0 Со, оседа­ ющим на внутренних частях трубопроводов первого контура.

установлено, что главную часть активности воды первого кон­

т. е. всего около 0,05 [28].

В целях снижения активности теплоносителя на большинстве реакторов типа ВВР применяют очистку воды первого контура. Д л я этого устраивается специальная система с ионообменными смолами, через которую непрерывно пропускается Часть воды, циркулирующей в первом контуре. Ионообменный фильтр из­ влекает растворенные примеси и частицы шлака. В процессе эксплуатации в фильтрах могут накапливаться значительные

§ 5. БЕЗОПАСНОСТЬ ЭКСПЛУАТАЦИИ РЕАКТОРА

Более чем за двадцатилетний период развития атомной про­ мышленности среди персонала, соблюдавшего установленные правила безопасности, не было отмечено ни одного случая вредных последствий от радиации. Известные тяжелые несчаст­ ные случаи были зарегистрированы только в результате аварий, ксгда уровень облучения значительно превышал допустимые нормы. Однако аварии эти имели место из-за ошибок персонала или непредвиденного повреждения оборудования [30].

Итоги медицинского наблюдения за персоналом, обслужи­ вающим реакторы, исключительно оптимистичны. Установлено, что на одну тысячу реакторо-лет приходится только шесть смер­ тельных случаев [31]. В то же время в других областях техно­ сферы смертность значительно выше. Все это свидетельствует о том, что, несмотря на существенную потенциальную опасность,, представляемую реакторами, опыт, приобретенный в ходе их строительства и эксплуатации, способствовал хорошему осо­ знанию степени и характера этой опасности и сведению к мини­ муму аварий и несчастных случаев.

Тем не менее для уточнения характера возможных послед­ ствий наиболее опасного отклонения реактора от нормального

В этом опыте максимальная мощность реактора достигла в те­ чение 1,5 мсек 33 Мет. Оказалось, что даже после такой нагруз­ ки все регулирующие стержни, большая часть приборов нахо­ дились в рабочем состоянии и только у пяти тепловыделяющих элементов возникли разрывы оболочки [32].

В экологическом аспекте серьезную по своим радиационным последствиям опасность при аварийных ситуациях представляет выброс радиоактивных продуктов деления в окружающую сре­ ду вследствие значительного разрушения тепловыделяющих эле­ ментов в реакторе. Исследования показали, что существует три пути утечки продуктов деления в результате аварии.

Первый из них представляет собой диффузию продуктов деления через нерасплавленное топливо и последующее испаре­ ние их. Второй путь заключается в выделении продуктов деле­ ния при окислении топлива, и, наконец, третий возникает при расплавлении тепловыделяющих элементов с последующим ис­ парением.

Каждый из таких случаев может привести при соответст­ вующих обстоятельствах к значительным выбросам радионук­ лидов. Но наибольшее количество продуктов деления, естест­ венно, выделяется в результате расплавления топлива, возмож­ ного при возникновении неконтролируемой реактивности. В этом случае в течение нескольких минут в окружающую среду может быть выброшено исключительно большое количество радионуклидов.

Опыты показали, что при расплавлении твэлов испаряется свыше 90% рутения, цезия и иода, а также более 70% строн­ ция, циркония, бария, церия и окиси урана. Небольшая часть этих радионуклидов задерживается в конструктивных материа­ лах [32]. Неконтролируемое повышение реактивности, как пра­ вило, является результатом несвоевременного включения в дей­ ствие поглощающих стержней.

пасности эксплуатации атомных реакторов, позволительно от­ метить, что, несмотря на большие успехи в этой области, в прин­ ципе в любой современной установке, где приходится иметь дело с делящимися материалами в количествах, значительно превы­ шающих критическую массу, всегда имеется некоторая вероят­ ность возникновения аварии. Причиной таких аварий чаще всего

ных веществ. В специальных экспериментах было установлено^ что при серьезных авариях все продукты ядерного деления, за исключением редких газов и иода, будут высвобождаться в ос­ новном в виде взвешенных твердых частиц. При этом значи­ тельная часть иода может быстро адсорбироваться на поверх­ ностях этих твердых частиц, а в последующем вновь десорбироваться.

Оценка степени опасности различных продуктов деления из состава аварийного выброса показывает, что наиболее важным в этом отношении является радиоактивный иод ввиду его вы­

нии и строительстве реакторов применяются сложные и надеж­ ные технические системы повышения безопасности их эксплуа­ тации. Наряду с этим реакторы обеспечиваются мощными и весьма прочными противоаварийными оболочками.

Все вместе взятое уже в настоящее время позволяет счи­ тать, что опасность серьезных аварий на реакторах снижена до вполне приемлемого уровня, а характер радиационных послед- •ствий с экологических позиций, как правило, не может иметь слишком больших размеров.[36].

И тем не менее, несмотря на то что вероятность аварий реакторов невелика и, как показали исследования, даже при серьезной аварии на крупном реакторе в окружающую среду может быть выброшено не более 105 кюри продуктов деления {37], ядерные энергетические установки в целях ограждения че­ ловека даже от малых долей риска продолжают размещать вдали от густонаселенных районов.

При рассмотрении условий образования радиоактивного за­ грязнения воздуха жилых помещений корабля с ЯЭУ [38] было установлено, что такое загрязнение воздуха может возникать вследствие поступления радионуклидов из необитаемых поме­ щений.

На Первой атомной электростанции на долю радиоактивных газов в общем потоке удаляемых газообразных отходов прихо­

В целях снижения концентрации радионуклидов, содержа­ щихся в воздухе, удаляемом в окружающую среду, на пути его движения предусматриваются различные сооружения типа хи­ мических поглотителей и фильтров. После очистки воздух по­

рии [43].

Характер рассеивания радиоактивного «факела» зависит во многом от свойств самого «факела», высоты выброса над уров­ нем моря, метеорологических факторов, особенностей рельефа ландшафта.

Радиационногигиеническое обследование территории, приле­ гающей к функционирующему реактору, способствовало обна­

в щитовидной железе травоядных животных, и в том числе у зайцев и кроликов [44—46].

Учитывая способность таких животных накапливать в ко­ стях и щитовидной железе некоторые радионуклиды, А. Н. Ма­ рей предложил использовать их в качестве биоиндикаторов радиоактивных загрязнений внешней среды и ориентировочного определения уровня такого загрязнения [47].

Для снижения вероятности распространения радионуклидов в окружающем ландшафте все ядерные энергетические уста­ новки обеспечивают санитарно-защитной зоной. Размеры этой

§ 6. РАДИАЦИОННЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ АВАРИИ РЕАКТОРА

До настоящего времени произошла только одна авария, при которой наблюдалось заметное загрязнение окружающей среды

щую среду. Найдено, что во время этой аварии в окружающую

лено содержание иода в организме. Наиболее высокая доза облучения щитовидной железы детей достигала 16 рад, а взрос­ лых — 9,5 рад.

В некоторых случаях в молоке было обнаружено содержа­ ние 8 9 Sr и 9 0 Sr в концентрациях, превышающих ПДК .

Загрязнение радиоактивным стронцием овощей при этой аварии иллюстрируется данными, приведенными в табл. 63.

Отдельные пробы травы были проанализированы на содер­ жание основных продуктов деления. В траве были найдены и