Калин Материаловедческие проблемы екологии в области ядерной енергетики 2010

6. АВАРИИ НА АЭС

Как и в других областях промышленной деятельности, несмотря на все предпринимаемые меры безопасности технического и технологического характера, на АЭС все же имели место различные инциденты и аварии. В странах – членах МАГАТЭ эти случаи отражены в отчетах эксплуатирующих организаций. За время существования ядерных технологий и использования атомной энергии в мире известно более 150 инцидентов и аварий («событий»).

Поскольку в большинстве стран информация предоставлялась и документировалась даже в отношении самых незначительных инцидентов, у населения могло сложиться впечатление, что ядерная индустрия подвержена бесконечным проблемам. Чтобы можно было сравнивать различные «события» и должным образом представлять информацию населению, в некоторых странах для оценки были установлены шкалы тяжести этих аварий и инцидентов.

В общем виде все «события» на АЭС и перерабатывающих предприятиях можно разделить на следующие типы:

ядерные аварии; выброс UF6;

пожар и экзотермические реакции; утечка радиоактивного материала, загрязнение местности; нарушение энергоснабжения.

6.1. Шкала тяжести аварий

В государствах-членах МАГАТЭ официально установлена Международная шкала ядерных событий (табл. 23), которая отражает опыт, полученный при использовании аналогичных шкал в США, Франции и Японии с учетом возможных шкал в некоторых других странах. Международная шкала разделена на семь уровней. Более низкие уровни (1–3) называются инцидентами, а верхние уровни (4–7) – авариями.

«События», которые не имеют значения для безопасности, классифицируются как находящиеся ниже шкалы или соответствуют нулевому уровню.

91

Таблица 23

Международная (МАГАТЭ) шкала ядерных событий для быстрого оповещения о состоянии безопасности

92

Промышленные аварии или другие события, которые не имеют отношения к авариям на ядерных установках и не классифицируются по данной шкале, называются «вне шкалы».

Приведенная шкала классифицируется по трем основным категориям: воздействие за пределами площадки, в пределах площадки и ухудшение систем безопасности:

•первая категория относится к событиям, приводящим к выходу радиоактивного материала за пределы площадки;

•вторая категория рассматривает события, имеющие локальные последствия (в пределах площадки);

•третья категория применяется к событиям, включающим

ухудшение состояния систем безопасности предприятия. События, которые имеют характеристики, соответствующие бо-

лее одному критерию, должны быть отнесены к максимально высокому уровню по любому критерию. Шкала разработана для атомных станций, но ее применение также рекомендовано для классификации событий на отдельных ядерных реакторах, что дает инструмент для быстрого информирования и упрощения взаимопонимания между членами ядерного сообщества, средствами массовой информации и населением.

6.2. Аварии на предприятиях по изготовлению

ипереработке ядерного топлива

С1942 г., т.е. с момента зарождения атомной промышленности, официально в США, Канаде, Великобритании и Франции известно о восьми авариях на предприятиях по переработке или изготовлению топлива. Это сравнительно небольшое число аварий объясняется исключительной тщательностью, с которой разрабатывались проекты ядерных установок и принимались технологические регламенты. Инциденты рассмотрены в хронологическом порядке.

Завод U-12, Ок-Индж, США, 16 июня 1958 г. Утечки раствора в очищенную цилиндрическую емкость, который затем вместе с водой, собранной после контроля герметичности, попал в 200-литровую бочку. В результате аварии пять человек были тяжело облучены. Авария произошла на участке, где производилась регенерация высокообога-

щенного урана из скрапа. Ядерная реакция началась в 56 л раствора, содержавшего около 2,1 кг 235U. Общее количество последовательных

93

вспышек СЦР (самопроизвольная цепная реакция) составило 1,3∙1018 (в основном за первые 2,8 мин), прежде чем разбавление раствора привело к снижению концентрации урана до подкритического уровня. Было зарегистрировано начальное «синее свечение». Один человек, который во время начала СЦР находился в двух метрах от бочки, получил полную дозу на все тело, равную 36,5 Гр, и умер.

Los-Alamos, национальная лаборатория США, 30 декабря

1958 г. Изменение геометрической формы слоя экстрагента в самом начале работы мешалки привело к возникновению кратковременной СЦР. В результате один человек погиб, двое других получили серьезное облучение. Возникла СЦР интенсивностью в 1,5∙1017 вспышек. Как выяснилось позже, 160-литровый слой органики толщиной 203 мм, плавающий на поверхности разбавленного водного раствора, содержал 3,27 кг плутония. Оператор, который смотрел в резервуар через смотровое стекло, получил дозу 120 Гр и скончался через 36 часов. Два человека, которые пришли на помощь пострадавшему, получили дозы 1,3 и 0,35 Гр. При аварии загрязнения окружающей среды не произошло.

Химический завод по переработке в Айдахо, США, 16 октября

1959 г. Возникновение этой СЦР явилось результатом непреднамеренного слива высокообогащенного уранового раствора из нескольких цилиндрических емкостей в большой резервуар для отходов. Авария привела к двум серьезным случаям облучения дозами 0,5 и 0,32 Гр, главным образом за счет воздействия бета-излучения на кожу.

Завод Pierelate, Франция, 1 июля 1977 г. Утечка произошла из емкости, содержавшей 8827 кг жидкого UF6 при температуре около

95 С после взятия пробы жидкой фазы. Утечка токсичных материалов продолжалась почти в течение часа. Используя противопожарное оборудование, в течение получаса на источник загрязнения было пролито 13,5 м3 воды. Кроме того, через 15 20 мин после утечки было разбрызгано 600 кг жидкой углекислоты. Общее количество UF6, попавшего в атмосферу, составило 7106 кг. На расстоянии 600 м по направлению ветра 15 человек получили дозы до 1,50 мЗв (на почки).

Завод Recupfех, Ханворд, США, 7 апреля 1962 г. Инцидент про-

изошел вследствие протечек в 69-литровом цилиндрическом аппарате. Необнаруженный вовремя раствор содержал 1500 г плутония в объеме примерно 46 л после добавления бедных растворов. В результате СЦР

94

существенные дозы облучения в 0,88–0,16 Гр получили работники, которые находились на расстоянии 2–7 м.

Завод Wood River Junction, США, 24 июля 1964 г. Авария нача-

лась с того, что концентрированный раствор обогащенного урана неосторожно слили в резервуар емкостью 75 л. Первая из двух СЦР привела к облучению со смертельным исходом, а вторая, которая произошла двумя часами позже, еще к двум случаям серьезного облучения. Ударной волной от единственного импульса примерно в 1017 делений СЦР оператор был сбит на пол, и часть раствора выплеснулась из резервуара. Наблюдалась вспышка света. Жертва получила дозу, которая по оценкам составила 100 Гр, и спустя 49 ч этот человек скончался.

Ядерный инцидент в Windscale-5, Великобритания, 24 августа

1970 г. С начала эксплуатации предприятий топливного цикла, т.е. приблизительно за 40 лет, в Великобритании произошел только один такой инцидент. На заводе по регенерации плутония сработала система сигнализации. Из здания была проведена эвакуация. Проверка индивидуальных дозиметров персонала не выявила факта какого-либо существенного облучения. Обследование установки по выделению плутония выявило уровень излучения выше нормального. Инцидент произошел в промежуточном резервуаре, который содержал основное количество делящегося материала, находящегося в критическом состоянии, что и привело к СЦР. Полная мощность реакции составила 1015 делений, ее продолжительность была не более нескольких минут.

Sequayah Fuels Corporation, Gore, США, 4 января 1986 г. В 11.30

утра цилиндрический контейнер, заполненный гексафторидом урана, разорвался при нагреве в паровой камере. Один рабочий скончался, отравившись парами фтористого водорода. Около 40 рабочих серьезно пострадало. Бóльшая часть территории предприятия и некоторые территории к югу за пределами площадки были загрязнены фтористым водородом и продуктами реакции уранилфторидом и фтористоводородной (плавиковой) кислотой. Продолжительность выброса составила около 40 мин.

Отмечались также многочисленные выбросы в атмосферу радиоактивных газов и аэрозолей в США, Великобритании, Франции, Германии, Швеции и Японии.

Аварии происходили и в нашей стране. Первые закрытые города – Челябинск-40 (г. Кыштым), Челябинск-65, Красноярск-26 (г. Железногорск), Красноярск-45 (г. Зеленогорск) и Томск-7 (г. Северск)

95

создавались в обстановке строжайшей государственной тайны под руководством НКВД. Закрытые города это, в первую очередь, крупнейшие ядерные предприятия страны, «кующие ядерный щит Родины». Засекречено было все и, конечно, информация об авариях.

Самая крупная из них произошла на перерабатывающем заводе в г. Кыштым (Челябинск-40, Южный Урал) 29 сентября 1957 г. Ава-

рия произошла в резервуаре, который был заполнен высокоактивным раствором HNO3 и ацетатом натрия и хранился с 1949 по 1957 г. Вследствие нарушения принудительного охлаждения температура повысилась до 350 С и произошел сильный взрыв смеси. Специалисты оценили мощность взрыва в 100 т в тротиловом эквиваленте. Приблизительно 74∙1015 Бк (2 МКи) продуктов деления попало в атмосферу (для сравнения при чернобыльской аварии выброс составил 185∙1016 Бк (50 МКи) и было разнесено на расстояние от 100 до 300 км с поперечной шириной зоны заражения от 8 до 9 км. Центральная сильно загрязненная зона площадью 1120 км2 имела уровень концентрации активности от 74∙109 Бк до 3,7∙1012 Бк. Внешняя доза γ-облучения для людей, облученных за счет прямого облучения, составила от 7 до 170 мЗв, а эффективная доза, включая дозу за счет поступления с водой и пищей, составила от 23 до 520 мЗв. Загрязнения были обнаружены на территории Челябинской, Свердловской, Курганской и Тюменской областей. Благодаря глубокой перепашке почвы (≈ 0,5 м) уровень радиоактивности на поверхности был постепенно снижен до более низких значений. Официально не было отмечено никакого повышения уровня смертности по сравнению с цифрами, характерными для данной местности. По неофициальным данным 270 тыс. чел. получили облучение свыше допустимого годового уровня. Более 10 тыс. чел. получили облучение свыше 10 Гр. Около 1000 чел. – свыше 100 Гр и умерли.

В 1948 г. на Урале (Челябинск-65) был осуществлен пуск первого в стране промышленного комплекса по наработке плутония, который в настоящее время представляет собой современное радиохи-

мическое предприятие ПО «Маяк». Наибольшую техногенную на-

грузку пришлось выдержать водной системе комбината и прилегающим территориям, в частности, р. Теча, в которую с 1949 по 1952 г. происходил сброс радиоактивных отходов в 6 км от ее истока. Теча является частью водной системы Теча–Исеть–Тобол. Всего было сброшено 76 млн м3 сточных вод активностью более 3 млн Ки, следы которых были найдены даже в Северном Ледовитом океане.

96

Об экологии в тот период времени не помышляли не только в

СССР, но и в США, где в больших объемах сливали отходы в р. Колумбия. Сброс отходов в реки проводили по той простой причине, что альтернативы в то время не было.

В 1964-м на р. Теча был построен каскад обводных каналов, водоемов и плотин для локализации сброшенной активности. Последняя в каскаде непроточная плотина-11 (длина 2 км, высота 17 м и ширина основания 120 м) подверглась укреплению по уникальной технологии. Теперь попадание загрязненных вод в открытую гидрографическую сеть исключено. Радиационному воздействию подверглись 124 тыс. чел., проживающих на ее берегах и изначально никак не предупрежденных об опасности. Здесь находится единственный в мире населенный пункт Муслюмово, все жители которого хронически больны лучевой болезнью. В результате засушливого лета 1967 г. обнажилась береговая линия бессточного о. Карачай, куда долгие годы ядерный комбинат «Маяк» сливал радиоактивные отходы, и где в итоге радиоактивное заражение составило 120 млн Ки. Озеро находится на закрытой территории, на которой не проживает местное население и не ведутся никакие хозяйственные работы. Ветровым потоком иловые отложения активностью 600 Ки были подняты в воздух и выброшены на расстояния до 75 км. Загрязнению подверглась территория 2700 км2 с населением 42 тыс. чел. Чтобы не повторилась подобная катастрофа, озеро стали засыпать грунтом. В результате подземной фильтрации под озером образовалась линза загрязненных вод. Выявилась другая опасность: возможность опускания вод озера и вытеснение ими нижних грунтовых вод. Оказалось, что на расстояниях в несколько десятков километров от озера в подземных водах была обнаружена радиоактивность, проникшая с озера по подземным протокам. В настоящее время разработана программа по консервации и ликвидации о. Карачай. В результате рассмотренных зауральских аварий в общей сумме пострадало почти 0,5 млн населения, и потребуется не менее 300 лет, чтобы на земной поверхности и водных объектах распались радиоактивные элементы.

Красноярск-26, 60 км от краевого центра. Горно-химический комбинат (ГХК ) в Железногорске изначально был предназначен для наработки и выделения оружейного плутония. Основные объекты реакторы военного назначения и радиохимический завод. За последнее время на р. Кан, впадающей в Енисей, были два сильных паводка в 1966 и 1988 гг., которые привели к выносу части донных отложений,

97

содержащих радионуклиды, на острова и пойменные участки. Исследованиями выявлено, что загрязнение радионуклидами дна Енисея прослеживается вплоть до Карского моря, а берегов на 1,5 тыс. км от ГХК. На самых разных расстояниях от ГХК, особенно в ближней зоне, имеются отдельные участки с высоким уровнем гаммаизлучения и высокой концентрацией радионуклидов, в том числе расположенные вблизи населенных пунктов. В результате исследований на о. Городской в Енисейске было установлено, что на острове имеется 10-сантиметровый слой пойменных отложений, которые по содержа-

нию 137Cs относятся к категории радиоактивных отходов.

В Томске-7 (г. Северск) в апреле 1993 г. произошла крупная авария. На ликвидацию ее последствий было затрачено 85,9 млрд руб. После этого были остановлены два плутониевых реактора. Эта технология недостаточно проработана даже на стендах. Официальных данных о жертвах и разрушений нет. После аварии были разработаны планы создания высокотемпературного газового реактора с гелиевой турбиной с целью утилизации энергетического плутония. «Росатом» намеревается сжечь в реакторе 15 т плутония из демонтированных ядерных боеголовок.

6.3. Аварии на транспортных атомных реакторах

За всю историю флота СССР и России в результате ядерных аварий погибли три атомных подводных лодки, при этом утрачено шесть ЯЭУ. В США – две.

Самая крупная из аварий произошла на атомной подводной лодке К-431 в 1985 г. в бухте Чажма Приморского края. Впервые информация о ядерной катастрофе на атомной ракетной подводной лодке стала достоянием гласности через шесть лет после случившегося. В тот день лодка находилась на ремонте на судоремонтном заводе ВМФ

СССР с резервным экипажем. На субмарине меняли активную зону реактора – эта процедура для атомных кораблей и подводных лодок обязательна каждые пять лет. Было обнаружено, что один из реакторов негерметичен. Но об этом начальству флота никто не доложил. Вместо этого ремонтники решили устранить негерметичность реактора самостоятельно. Когда стали поднимать крышку реактора, начался ее перекос. Вместе с крышкой стала подниматься и дистанционирующая решетка. Буквально через мгновение начался неконтролируемый

98

ядерный процесс в реакторе и произошел взрыв. Его сила была столь велика, что крышка реактора весом в несколько тонн пролетела 200 м через стоящие в бухте корабли и упала на берегу. Все десять человек, находившихся рядом с реактором, погибли.

6.4. Аварии на АЭС

Первыми авариями на стационарных АЭС, получившими широкую огласку, были аварии в Виндскейле (Великобритания) и на АЭС «Тримайл-Айленд» (США). Все это послужило внесению значительных изменений, делавших ядерную промышленность безопаснее и надежнее.

Крупная авария произошла в городе Виндскейле (Windscale) на северо-востоке Англии на одном из двух английских реакторов по наработке оружейного плутония в 1957 г. Вследствие ошибки, допущенной при эксплуатации, температура топлива в реакторе резко возросла, и в активной зоне возник пожар, продолжавшийся в течение нескольких суток. Сгорело около 11 т урана. Основное количество радионуклидов было выброшено, когда пытались охладить реактор с помощью струи воздуха, и затем при тушении пожара водой, подаваемой насосом в реактор. Радиоактивные осадки загрязнили обширные области Англии и Ирландии. В Лондоне, в 500 км от Виндскейла, радиационный фон повысился в 20 раз. Радиоактивное облако достигло Бельгии, Дании, ФРГ и южной Норвегии. Был выброшен в атмосферу радионуклид 131I, что привело к эвакуации населения с территории почти 500 км2. Оценка коллективной эффективной дозы на населения составила более 1300 чел-Зв, что привело к более чем 100 летальных исходов. Для предотвращения негативного отношения к предприятию британское Агентство по атомной энергии переименовало атомный комплекс «Виндскейл» в «Селлафилд».

Авария на втором блоке американской АЭС «Threemail-Iland» («TMI-2») произошла в штате Пенсильвания в 1979 г. в результате выброса радиоактивного газа 133Xe в радиусе до 100 км. Коллективная эффективная доза составила до 35 чел-Зв. Радиационные мероприятия на «TMI-2» явились наиболее интенсивной и дорогостоящей программой, которая когда-либо была проводилась в истории промышленного использования ядерной энергии, материальные потери составили 135 млрд долл. В результате аварии поверхностное загрязнение в не-

99

которых местах превышало принятые предельные уровни в сотни тысяч и даже миллион раз. Максимальное содержание радиоактивности составило примерно 158 тыс. Ки. Наиболее сложной технической задачей по ликвидации последствий аварии TMI-2 была выгрузка более 10 т поврежденного топлива из активной зоны реактора, на что ушло четыре года. Активная зона реактора была перевезена в 342 емкостях, загруженных в 49 контейнеров, и потребовала 22 железнодорожных состава. Все эти проведенные работы позволили добиться того, что за последние 20 лет коллективная доза, полученная персоналом, не превысила 100 чел-Зв. После завершения мероприятий по ликвидации последствий аварии было осуществлено переоборудование энергоблока в долгосрочное контролируемое хранилище.

Самая последняя авария произошла 25 августа 2008 г. на АЭС «Tricasten» во Франции. Произошел выброс 7 кг радиоактивного пара. Жертв и разрушений, по официальным источникам, не было.

Авария на Чернобыльской АЭС

Авария случилась 26 апреля 1984 г. и стала крупнейшей ядерной катастрофой в истории развития мировой атомной энергетики. На 4-м энергоблоке ЧАЭС отключение автономной системы безопасности вызвало скачок мощности и взрыв, сдвинувший крышку ядерного реактора. Затем прозвучал второй взрыв, сопровождаемый выбросом продуктов деления и облученного топлива. Произошло возгорание графита с разогревом активной зоны реактора до 2000 С. Выбросы продолжались в течение четырех суток.

По оценкам, было выброшено 8 10 % активного вещества реактора (порядка 130 млн Ки общей массой 77 кг), не считая многих тонн конструкций, топлива и др. Кроме того, часть содержимого реактора расплавилась и переместилась через разломы внизу корпуса реактора за его пределы. Часть массы радиоактивного вещества была выброшена в воздух в течение последующих 10 сут до момента полного заглушения реактора, что составило еще 100 тыс. Ки. Кроме топлива, в активной зоне в момент аварии содержались продукты деления и трансурановые элементы различные радиоактивные изотопы, накопившиеся во время работы реактора. Именно они представляли наибольшую радиационную опасность. Бóльшая их часть осталась внутри реактора, но наиболее летучие вещества были выброшены наружу, в том числе все радиоактивные благородные газы, содержавшиеся в реакто-

100