4.4.3 Источники ионизирующего излучения (ии) и виды радиационно опасных объектов (роо)

Радиоактивное загрязнение территории происходит в результате накопления в ОС твердых, жидких, газообразных продуктов ядерной энергетики, военных производств, других отраслей промышленности и систем здравоохранения, содержащие радиоактивные изотопы в концентрации, превышающей утверждённые нормы. В природе существует естественный радиационный фон, который на 1/3состоит из космических лучей, на1/3 природных радиоактивных материалов горных пород и почв, 1/3 это природные радиоактивные элементы, включенные в организм человека. В последние годы активно возрастает антропогенный радиационный фон. По сумме влияния он равен половине всего ионизирующего излучения, получаемого человеком, а на неблагоприятных территориях эти показатели значительно выше.

Источники ионизирующего излучения (ИИ) делят на: естественные и искусственные (рис.4.4.5). Естественными источниками ИИявляются космос и распространенные в природе радионуклиды. В космосе формируется и достигает Земли космическое излучение – корпускулярные потоки ИИ. Первичное космическое излучение состоит заряженных частиц и фотонов, отличающихся высокой энергией. В атмосфере Земли первичное космическое излучение частично поглощается и инициирует ядерные реакции, в результате которых образуются радиоактивные атомы, сами испускающие ИИ, поэтому космическое излучение у поверхности Земли отличается от первичного космического излучения. Выделяют три основных вида космического излучения: галактическое излучение; солнечное космическое; радиационные пояса Земли.

Рисунок 4.4.5 – Виды источников ионизирующего излучения

Содержание природных радионуклидов качественно и количественно отличается в различных частях Земли. Так, например, в некоторых районах Бразилии, Индии, Ирака годовая эффективная доза для населения составляет 100-250 мЗв, при средней величине мировой годовой эффективной дозе 2.4 мЗв.

Природные (естественные) радионуклиды имеют различное происхождение:

- часть из них принадлежит к радиоактивным семействам, родоначальники которых (уран, торий, калий) входят в состав пород, слагающих нашу планету, с начала ее образования;

- некоторая часть естественных радионуклидов является продуктом активации стабильных изотопов космическим излучением.

Искусственные источники ионизирующего излучения. В настоящее время на многих объектах экономики, военных объектах, научных центрах и т.д. используются вещества, содержащие ядерное горю­чее. Отдельные системы, блоки и устройства этих объектов преобразуют энергию делящихся ядер в электрическую и другие виды энергий. Ряд предприятий используют в технологических процессах или хранят на своей территории делящиеся материалы. Все эти предприятия относятся к объек­там с ядерными компонентами. Однако радиационно-опасными из них явля­ются далеко не все.

4.4.4 Причины и последствия аварий на роо

Радиационно-опасный объект (РОО)– это объект, на котором перерабатывают или транспортируют радиоактивные вещества, при аварии или разрушении которого может произойти облучение или радиоактивное загрязнение людей, сельскохозяйственных животных, растений, радиоактивное загрязнение объектов экономики и природной среды. К радиационно-опасным объектам относятся (рис. 4.4.6):

Рисунок 4.4.6 – Виды радиационно опасных объектов

1) предприятия ядерного топливного цикла (ЯТЦ),предназначенные для добычи и переработки урановой руды, переработки и захоронения радиоактивных отходов: предприятия урановой промыш­ленности, радиохимической промышленности, места переработки и захоро­нения радиоактивных отходов. Наиболее характерными авариями на предприятиях ядерного топливно­го цикла являются:

- возгорание горючих компонентов и радиоактивных материалов;

- превышение критической массы делящихся веществ;

- появление течей и разрывов в резервуарах-хранилищах;

- характерные аварии с ЯБП и готовыми изделиями.

2) атомные станции (АС):атомные электрические станции (АЭС), атомные теплоэлектроцентрали (АТЭЦ), атомные станции теплоснабжения (АСТ); В странах СНГ АС имеют 4 типа реакторов:

- реакторы кипящего типа (ВВЭР-440) на тепловых нейтронах с двух­контурным охлаждением реактора и съемом тепла водой ;

- реакторы с водой под давлением (ВВЭР-1000);

- реакторы на быстрых нейтронах с охлаждением жидким натрием или магнием (БН);

- графитовые реакторы кипящего типа (РБМК).

С точки зрения безопасности предпочтение имеют легководные реак­торытипа ВВЭР-440 и ВВЭР-1000, что объясняется наличием у них отрицательного ко­эффициента реактивности, проявляющегося в уменьшении нейтронного пото­ка при увеличении температуры теплоносителя в активной зоне реактора, трехкратным резервированием всех активных систем, а также наличием противоаварийной оболочки. В реакторах типа РБМК проведено разделение функций теплоносителя (вода) и замедлителя нейтронов (графит). В результате появился по­ложительный паровой эффект реактивности, который проявляется в увеличении нейтронного по­тока при повышении температуры воды и превращении ее в пар. В свою очередь это может привести к неконтролируемому разгону реактора при выходе из строя или отключении систем безопасности.

Отработанное на АЭС топливо первоначально, перед отправкой на радиохимические заводы, хранится на территории АЭС в специальных бассейнах. Ввиду того, что ядерное топливо является высокоактивным, в нем продолжается процесс деления, а вода служит одновременно защитной и охлаждающей средой. После нескольких лет охлаждения в бассейнах ТВС пригодны для транспортировки и дальнейшей переработки.

3) объекты с ядерными энергетическими установками (ЯЭУ): корабельными ЯЭУ, космическими ЯЭУ, войсковыми атомными электростанциями (ВАЭС). Специфические причины аварий на ВАЭС: разгерметизации первого контура реактора и механические повреждения.

4) ядерные боеприпасы (ЯБП) и склады для их хранения. К наиболее характерным аварий­ным ситуациям относятся: столкновение и опрокидывание транспортных средств с ЯБП, пожары в сборочных помещениях, хранилищах, комплексах и воздействие газовых разрядов.

Радиоактивные вещества переносятся воздушными потоками, водными течениями, живыми организмами. Продукты радиоактивного распада могут находиться в стратосфере до 9 лет, в тропосфере 3 мес., из атмосферы с осадками проникает в почву на глубину до 15 см. Некоторые из радионуклидов могут сохранять смертельную токсичность в течение 10-100 млн. лет. По удельной активности их подразделяют на:

- низко активные (менее 0.1 кюри/ м³),

-средне активные (0.1-100 кюри/м³⁾,

- высокоактивные (свыше 1000 кюри/м³).

Во многих странах, особенно, на территориях которых имеются атомные станции и заводы по переработке ядерного топлива, скопилось много радиоактивных отходов. Только в России суммарная активность не захороненных отходов составляет 1.5 млрд. кюри, что равняется 30 Чернобылям. Большинство отходов, хранящихся на АЭС, это низко и средне активные вещества. Жидкие РАО хранятся в виде концентрата в специальных ёмкостях, твердые – в спецхранилищах. На многих предприятиях Минатома жидкие РАО хранятся в открытых водоёмах. Огромное количество небольших захоронений разбросано по миру, многие из них забыты, в США их насчитывается несколько десятков тысяч.

Воздействие вещества зависит от количества распадов в единицу времени. Оценить степень опасности РА загрязнений можно двумя способами:

- при помощи активности(поверхностной, объемной и удельной)

- при помощи определения дозы.

Активность –число самопроизвольных ядерных превращений за единицу времени; Единицей активности в системе СИ является беккерель (Бк). 1Бк соответствует одному распаду в секунду любого радионуклида. В зонах особого загрязнения единицей измерения является Кюри 3.7× 10¹⁰Бк. Такая активность соответствует 1г радия-226.Доза характеризует влияние ИИ излучения на организм человека. Опасность определяетсяпоглощенной иэквивалентнойдозами.

Радиационно опасный объект (РОО) – предприятие на кот-м при авариях могут произойти массовые радиационные поражения. К типовым РОО относят: АЭС, предприятия по изготовлению ядерного топлива, по переработке отработанного топлива и захоронению ядерных отходов, НИИ и проектные организации, имеющие ядерные реакторы, ядерные энергетические установки на транспорте.Радиационная авария –происшествие, приведшее к выходу, выбросу радиоактивных продуктов и ионизирующих излучений за предусмотренные проектом границы в количествах, превышающих установленные нормы безопасности. Радиационные аварии по масштабам последствий подразделяются на три типа:

1. локальная – нарушение в работе РОО при котором не произошел выброс радиоактивных продуктов или ионизирующих излучений за предусмотренные границы оборудования, технологических систем, зданий и сооружений в количествах, превышающих установленные нормы

2. местная – нарушение в работе РОО, при котором произошел выход радиоактивных продуктов в пределах СЗЗ и в количествах, превышающих установленные нормы для данного предприятия

3. общая –нарушение в работе РОО, при котором произошел выброс продуктов за границу СЗЗ в количествах, приводящих к загрязнению прилегающей территории и возможному облучению населения.

Классификация аварий на РОО производится с целью заблаговременной разработке мер по уменьшению последствий аварии. При анализе прослеживается цепочка: исходное событие – пути протекания – последствия. Международным агенством по атомной энергетике (МАГАТЭ)разработана международная шкала событий на АЭС. В соответствии с ней аварии на АС подразделяются также по характеру и масштабам последствий, а некоторые и по причинам их вызвавшим. Градация аварий на АС осуществляется по следующим уровням.

0-й уровень– не имеет значения для радиационной безопасности.

1-й уровень– незначительное происшествие: функциональное отклонение, которое не представляет какого-либо риска, но указывает на недостатки в обеспечении безопасности (отказ оборудования, ошибки персонала, недостатки руководства и т.д.).

2-й уровень– происшествие средней тяжести: отказ оборудования или отклонение от нормальной эксплуатации, которые хотя и не оказывают непосредственного влияния на безопасность работы станции, но способны привести к значительной переоценке мер безопасности.

3-й уровень– серьезное происшествие: выброс в окружающую среду радиоактивных веществ в количествах, не превышающих пятикратного допустимого суточного выброса. В этом случае происходит значительное переоблучение работающих (порядка 50 мЗв). За пределами площадки не требуется принятия мер защиты.

4-й уровень– авария в пределах АС: выброс радиоактивных веществ в окружающую среду в количествах, не превышающих дозовые пределы для населения при проектных авариях. Доза облучения работающих может составить порядка 1 Зв, и вызывать лучевые эффекты.

5-й уровень– авария с риском для окружающей среды: выброс в окружающую среду такого количества радиоактивных веществ, которое приводит к незначительному превышению дозовых пределов для проектных аварий, разрушение большей части активной зоны, вызванное механическим воздействием или оплавлением. В некоторых случаях требуется частичное введение планов мероприятий по защите населения и персонала при аварии на АС.

6-й уровень– тяжелая авария: выброс в окружающую среду такого количества радиоактивных веществ, накопленных в активной зоне реактора, в результате которого дозовые пределы для проектных аварий будут превышены, а для запроектных – нет. Для ослабления серьезного воздействия на здоровье населения ионизирующих излучений необходимо введение в действие планов мероприятий по защите населения и персонала в случае аварии в радиусе 25 км включая эвакуацию населения.

7-й уровень– глобальная авария: выброс в окружающую среду такого количества радиоактивных веществ, накопленных в активной зоне реактора, в результате которого будут превышены дозовые пределы для запроектных аварий, возможны острые лучевые поражения людей и последующее влияние на здоровье населения, проживающего на большой территории, включающей более чем одну страну, а также длительное воздействие ионизирующих излучений на окружающую среду.

Однако все эти классификации носят довольно общий характер и в них не содержится признаков при типовых нарушениях функционирования радиационно опасных объектов, которые объясняют различия последствий этих событий, в связи с чем целесообразно аварии подразделять на радиационные и ядерные.

К ядерным авариямотносят аварии, связанные с повреждением ТВЭЛов и ТВС, выходящие за пределы безопасной эксплуатации, и (или) приводящие к переоблучению персонала. Данные аварии вызваны нарушением контроля и управления цепной ядерной реакции деления в активной зоне реактора, образованием критической массы при перегрузке, транспортировке и хранении ТВЭЛов (ТВС), нарушением теплоотвода от ТВЭЛов (ТВС).

Под радиационными авариямипонимают аварии, которые приводят к выходу (выбросу) радиоактивных веществ и (или) ионизирующих излучений за предусмотренные проектом для нормальной эксплуатации объектов границы в количествах, превышающих пределы безопасной эксплуатации. Радиационные аварии являются, как правило, следствием ядерных аварий, при которых повреждаются оболочки ТВЭЛов (ТВС). Кроме того, они могут возникать вследствие повреждения корпуса и защитной оболочки ЯЭР, других конструкций первого контура и трубопроводов, а также вспомогательных систем или герметизирующих и защитных устройств технологических помещений.

Причинами аварий могут быть:

- типовые нарушения нормальной эксплуатации

-образование критической массы при перегрузке, транспортировке и хранении.

Поэтому все аварии на РОО подразделяются на проектныеи запроектные.

Причинами проектных аварий, как правило, являются исходные события, связанные с нарушением барьеров безопасности, предусмотренные проектом реактора.

1тип: нарушение первого барьера безопасности – нарушение герметичности оболочек тепловыделяющих элементов из-за кризиса теплообмена (перегрева) или механических повреждений.

2 тип: нарушение первого и второго (корпус реактора) барьеров.

3 тип: нарушение не только этих двух оболочек, но и третьей – защитной оболочки реактора – все системы и конструкции, которые должны обеспечить локализацию выбросов.

Выбросы и истечения радиоактивных веществ из реактора характери­зуются следующими основными радиационными поражающими факторами:

1) наиболее опасный, газоаэрозольная смесь радионуклидов, распространяющаяся в виде облака на сотни километров и испускающая мощ­ный поток ионизирующих излучений.

2) длительное радиоактивное загрязнение местностив результате разброса высокоактивных осколков ядерного топлива на территории АС и радиоактивных частиц, осаждаю­щихся из газоаэрозольного облака.

3) загрязнение поверхности Земли, атмосферы, воды, продовольствия, пищевого сырья, фуража и различных предметов радиоактивными веществамив количествах, превышающих уровень, установленный нормами радиационной безопасности.

При авариях на РОО с выбросом радиоактивных веществ образуются зоны радиоактивного загрязнения, характеризующиеся уровнем радиации, дозой облучения, площадью зоны заражения и т.д. (табл. 4.4.4, рис.4.4.7).

Таблица 4.4.4 – Характеристика зон радиоактивного заражения при авариях на РОО

Зона заражения	Поглощенная доза облучения, Гр	Уровень радиации, Гр/час	Площадь зоны заражения, км2
А*- слабого	0.056	1.4 ·10-4	0.8 (LАBА– L А*B А*)
А - умеренного	0.56	1.4 ·10-3	0.8 (LАBА– L БB Б)
Б - сильного	5.6	1.4 ·10-2	0.8 (LБBБ– L ВB В)
В - опасного	16.8	4.2 ·10-2	0.8 (LВBВ– L ГBГ)
Г – чрезвычайно опасного	56	0.14	0.8 LГBГ

1 Гр = 100 рад; L – длина зоны, км ;B – ширина зоны, км.

Рисунок 4.4.7 – Зоны радиоактивного загрязнения при радиационной аварии

Особенности загрязнения территорий при авариях на РОО:

1. Радиоактивное загрязнение местности и атмосферы имеет сложную зави­симость от исходных параметров ЯЭР (типа и мощности реактора, времени его работы, характера аварии и т.д.) и метеоусловий, вследствие чего прогнозирование его возможных масштабов весьма затруднено, требует разработки специальных методик и носит ориентировочный характер.

2. Естественный спад активности радионуклидов существенно более дли­телен, чем распад продуктов деления ядерных реакций.

3. Смесь выбрасываемых из реактора радиоактивных веществ обогащена долгоживущими радионуклидами (плутоний-239, стронций-90, цезий-137 и др.), причем относительный вклад в общую активность альфа излучающих изотопов с течением времени будет увеличиваться. В результате большие площади территорий на длительное время окажутся загрязненными биологически опасными радио­нуклидами, которые в последующем могут быть вовлечены в миграцион­ные процессы на местности.

4. Малые размеры радиоактивных частиц (средний размер около 2 Мкм) способствуют их глубокому проникновению в микротрещины и краску, что затрудняет проведение работ по дезактивации

5. Пылеобразование приводит к поступлению в организм человека через органы дыха­ния мелкодисперсных продуктов деления и, прежде всего, биологически опасных "горячих" частиц.

6. Наличие в атмосфере облака газоаэрозольной смеси радионуклидов, испускающей мощный поток ионизирующих излучений.

7. Осаждение высокоактивных осколков конструкций реактора и гра­фита как на территории АЭС, так и в виде пятен по следу облака.

8. Стационарный характер источника загрязнения, продолжительность выб­росов во времени на небольшую высоту (до 1,5 - 2 км) и частые из­менения метеоусловий, в соответствующих слоях атмосферы, приводят к азимутальной неравномерности загряз­нения местности, скачкообразному изменению мощности дозы излучения в отдельных районах во времени и образованию радиоактивных зон загрязнения в виде пятен по следу движения облака.