Защита населен. Электронный курс. Поляков / Лекции Поляков Защита населения / 7 тема++

Нейтрон, раскалывается ядро надвое. Кроме осколков деления, которые обычно радиоактивны, в каждом таком случае излучается еще несколько нейтронов. В свою очередь они делят соседние ядра, так что в цепной процесс вовлекается еще большее число ядер и нейтронов.

Приведем в качестве примера некоторые из возможных вариантов деления ядер 23592U в результате взаимодействия с нейтроном.

Появляющиеся в результате деления вторичные нейтроны имеют в среднем энергию порядка 2 МэВ, т.е. являются быстрыми. Однако при взаимодействии быстрых нейтронов с другими ядрами изотопов урана вероятность деления последних очень мала. Более вероятными оказываются процессы радиационного захвата ( поглощение нейтронов ядрами с последующим испусканием γ-квантов), упругого и неупругого рассеяния, что приводит к значительному уменьшению энергии нейтронов до величины менее 0,5 эВ. Такие нейтроны называются тепловыми. Кроме того, если энергия тепловых нейтронов совпадает с энергетическими уровнями ядер урана, то происходит процесс резонансного поглощения нейтронов этими ядрами.

Перечисленные выше процессы взаимодействия нейтронов с ядрами относятся в основном к ядрам 23892U , поскольку в соответствии с составом

природного урана на 1 ядро 23592U приходится примерно 140 ядер 23892U . Поэтому

вероятность встречи вторичного нейтрона с ядром урана-235 достаточно мала. Следовательно, самоподдерживающуюся цепную ядерную реакцию,

тепловыми нейтронами. С целью повышения вероятности этого взаимодействия природный уран обогащают 23592U до 1,8-2%, а нейтроны

замедляют до таких значений энергии (Е<0.02 эВ), чтобы она была ниже энергии, соответствующей резонансному поглощению 10 n ядрами 23892U .

Замедлить нейтроны можно путем столкновения их с ядрами, которые хорошо рассевают, но слабо поглощают нейтроны. Такие вещества называют замедлителями, рисунок 2.

23892U является балластом, а реакция происходит только за счет деления ядер 23592U при взаимодействии с тепловыми нейтронами.

2

В водо-водяном реакторе (ВВР) имеется два контура. В первом контуре вода нагревается в активной зоне, но в пар не превращается, так как находится под высоким давлением. Теплая вода поступает в парогенератор, где отдает тепло воде второго контура. После этого пар со второго контура подается на турбину, приводя ее в движение (рис.5). Реактор более надежный, но дорогостоящий.

Рис 5– схема АЭС с водо-водяным энергетическим реактором

Для того, чтобы предотвратить бесконечное развитие цепной реакции деления и регулировать мощность реактора, в активную зону вводят несколько стержней с веществом, сильно поглощающим нейтроны. Обычно это бор или кадмий. Глубина опускания регулирующих стержней в реакторе может меняться по команде с пульта управления. Если их все опустить целиком, нейтронов, способных поддерживать реакцию становиться недостаточно, и реактор останавливается.

Вопрос 2. Причины аварии на ЧАЭС.

Авария на четвертом блоке Чернобыльской АЭС – крупнейшая радиационная авария в мировой истории. По масштабам радиоактивного выброса и его последствий она намного превзошла наиболее серьезные из предыдущих аварий: в Уиндскейле (Великобритания, 1957 г.), Три Майл Айлэнде (США, 1979 г.), на промышленном комплексе «Маяк» (СССР, 1957 г.).

В той или иной мере последствия аварии затронули многие страны, следовательно, можно говорить об ее глобальном характере. В наибольшей степени пострадали Украина, Беларусь и Россия. При этом относительная тяжесть последствий аварии для Республики Беларусь оказалась значительно выше, чем для соседей. Поэтому последствия Чернобыля в Беларуси более адекватно характеризуются терминами «катастрофа» или «национальное экологическое бедствие».

5

Преодоление последствий Чернобыля стало задачей государственной значимости для Республики Беларусь.

Всостав Чернобыльской АЭС входили четыре реактора типа РБМК электрической мощностью 1000 Мвт каждый. В 1986 г. на 5 АЭС эксплуатировалось 15 реакторов данного типа, именно на таких реакторах базировалась значительная часть ядерной энергетики СССР.

После двух с небольшим лет нормальной эксплуатации 4-й блок должен был быть остановлен на плановый ремонт. В процессе остановки реактора дирекция станции приняла решение провести экспериментальные испытания одного из турбогенераторов.

Входе этого эксперимента в 01 ч. 23 мин. 40 сек. 26 апреля 1986 г. (время московское) началось катастрофически быстрое увеличение мощности реактора. Два последовавших за этим тепловых взрыва привели к разрушению реактора, реакторного блока и машинного зала, возникновению многочисленных очагов пожара.

Вусловиях работы реактора на низкой мощности операторы, в

нарушении правил вывели большую часть регулирующих стержней из активной зона и отключили несколько важных систем аварийной защиты. Наслоение неверных эксплуатационных решений, усугубленное некоторыми конструктивными недостатками РБМК, привело к резкому высвобождению ядерной энергии, сильному разогреву активной зоны реактора и теплоносителя (воды) за 4 секунды, что и обусловила паровой взрыв. В результате была сдвинута тысячетонная крышка (5000 т) реактора. Из поврежденной зоны были выброшены радионуклиды, соответствующие по своему составу продуктам деления в отработанном топливе: цезий – Cs,

рубидий – Rb, стронций – Sr, ксенон – Xe.

6

Взрывы послужили причиной выброса радиоактивных продуктов в атмосферу – вначале в виде столба, затем в форме струи. Интенсивность выброса значительно уменьшилась лишь через 10 дней, когда закончилось горение обломков графитовой кладки реактора.

На первом этапе аварии в атмосферу устремились радиоактивные газы – ксенон, криптон, тритий, а также радионуклиды углерод-14 и легкие аэрозольные частицы, на которых сорбировались летучие (йод, цезий)

изотопы. Горение графита ( t>2000 oC, несколько суток) на втором этапе постепенно расплавило активную зону реактора.

Начали испарятся и тугоплавкие элементы (цирконий, барий, стронций и др.). В результате (5 мая ) сбрасывания с вертолетов нескольких тысяч тонн различных материалов ( песка, бора, свинца и др.) реактор был затушен.

При аварии из радиоактивности примерно в миллиард кюри, которая накопилась в реакторе к моменту взрыва, с радиоактивной струей выделилось 250 млн. кюри (около 9,95∙1016 Бк) радиоактивных веществ. Для сравнения, 1957 г. Южный Урал, выброс 7,8∙1016 Бк или 2,1 млн. кюри (90Sr). Всего в воздух было выброшено около 450 различных типов радионуклидов.

Следующее значительное снижение интенсивности выброса произошло в октябре 1986 г., когда вокруг 4-го блока был построен саркофаг. Его возведение не решило всех проблем. Через щели общей площадью около 1000 кв. м, технологические и вентиляционные отверстия радионуклиды продолжали поступать в окружающую среду. В 1988-89 гг. общая активность таких поступлений составила около 4∙109 Бк. Суммарная же активность выброса радионуклидов оценивается величиной порядка 1019 Бк.

Саркофаг над четвертым энергоблоком ЧАЭС, 1998 г.

7

В 1986-1990 гг. была проведена большая работа по уточнению причин аварии и ее последствий. На международной конференции «Десять лет после Чернобыля – итоги последствий аварии», состоявшейся в Вене (Австрия) в апреле 1996 года, было зафиксировано следующее. «Основные причины чернобыльской аварии заключались в совпадении серьезных недостатков в проектах конструкции реактора и системы его остановки с нарушениями правил эксплуатации. Недостаток «культуры безопасности» в соответствующих организациях в Советском Союзе привел к неспособности исправить данные проектные дефекты, даже, несмотря на то, что они были известны до аварии».

Среди основных недостатков конструкции реактора выделяются два. В системе безопасности не были предусмотрены средства, позволяющие предотвратить аварию при умышленных отключениях автоматики и нарушениях регламента эксплуатации. Реактор нестабильно работает при низкой мощности (менее 20% максимальной), и способен при этом на неожиданные «вспышки» мощности. Именно в этом режиме проводились испытания на 4 блоке ЧАЭС.

Вопрос 3. Особенности радиоактивного загрязнения местности после аварии на ЧАЭС.

ВРБ после аварии на ЧАЭС радиоактивному загрязнению подверглось 23% территории, это 46,6 тыс. км2. Под воздействием радиации оказалось 3370 населенных пунктов 54 районов с населением выше 2,2 млн. человек. В том числе 800 тыс. детей.

Впервые недели после катастрофы чрезвычайно высокие уровни радиации за счет

короткоживущих изотопов, прежде всего йода-131, наблюдались по всей территории страны.

В последующий период радиоэкологическая обстановка определялась действием долгоживущих изотопов. В их числе – цезий-137, стронций-90, трансурановые элементы: плутоний-238,239,240,241 и америций-241. Это же характерно для настоящего момента и обозримого будущего.

Загрязнение йодом-131

По данным департамента гидрометеорологии Министерства природы и охраны окружающей среды Республики Беларусь в апреле-мае 1986 года наибольшие уровни выпадения йода-131 в ближней к ЧАЭС зоне имели место в Брагинском, Хойникском, Наровлянском районах Гомельской области, где его содержание в почвах составило 37000 кБк/м2 и более. Значительному загрязнению подверглись также юго-западные и северные районы Гомельской области, а также отдельные районы Могилевской и Брестской областей (рис. 1.3).

8

Условные обозначения

Рис. 1.3. Загрязнение территории Беларуси йодом-131 (реконструкция) по состоянию на 10 мая 1986 года

Как результат практически на всей территории Беларуси регистрировалось значительное повышение мощности дозы гамма-излучения. В некоторых населенных пунктах она достигала 0,5 мЗв/час, что в несколько тысяч раз выше естественного радиоактивного фона. Загрязнение йодом-131 привело к большим дозам облучения щитовидной железы практически для всех жителей Беларуси (т.н. «йодный удар») и значительному увеличению ее патологии, особенно у детей.

Загрязнение цезием-137

Анализ радиоактивного загрязнения Европы цезием-137 показывает, что около 35 % чернобыльских выпадений этого радионуклида находится на территории Беларуси. Доаварийное загрязнение территории Беларуси цезием-137 за счет глобальных выпадений составляло от 1,5 кБк/м2 до 3,7 кБк/м2 в отдельных точках. После чернобыльской аварии на 136,5 тыс. км2 (66 % территории Беларуси) плотность загрязнения почвы цезием-137 превышала 10 кБк/м2.

Согласно действующему законодательству одним из критериев отнесения территорий к зоне радиоактивного загрязнения является превышение плотности загрязнения цезием137 величины 37 кБк/м2. Такое превышение было установлено для 23 % территории республики (рис. 1.4).

9

Условные обозначения

Рис. 1.4. Загрязнение территории Беларуси цезием-137 (1986 г.)

Вкачестве сравнения, аналогичная доля для Украины составляет 5%, России − 0,6 %. Одни эти цифры свидетельствуют о сложности и тяжести последствий чернобыльской аварии для Беларуси. В зоне радиоактивного загрязнения оказалось более 3600 населенных пунктов, в том числе 27 городов, где проживало 2,2 млн. человек, то есть около пятой части всего населения Беларуси. Наиболее загрязненными оказались Гомельская (1528), Могилевская (866) и Брестская области (167 населенных пунктов).

На территории Беларуси выделяются 4 «цезиевых» пятна:

центральное (западнее и северо-западнее Минска), юго-западное (южная часть Припятского Полесья), восточное (север Гомельской и юг Могилевской области),

юго-восточное (южные и юго-восточные районы Гомельской области.

Максимальный уровень загрязнения почвы цезием-137 составлял около 60000 кБк/м2 и наблюдался в отдельных населенных пунктах как ближней (Брагинский район Гомельской области), так и дальней зоны (Чериковский район Могилевской области).

По состоянию на январь 2004 года площадь загрязнения Беларуси цезием-137 с уровнем выше 37 кБк/м2 (составляла 41,11 тыс. км2 или 19,75 % территории.

Врезультате естественного распада цезия-137 площадь радиоактивного загрязнения постепенно уменьшается. Департаментом гидрометеорологии Министерства природы и охраны окружающей среды Республики Беларусь построены прогнозные карты

загрязнения цезием-137 на 2016 и 2046 годы. К 2016 году площадь загрязнения Беларуси цезием-137 с плотностью 37 кБк/м2 и более уменьшится в 1,5 раза по сравнению с первоначальной (1986 г.), а к 2046 году – в 2,4 раза.

Загрязнение стронцием-90

Загрязнение территории республики стронцием-90 носит более локальный, по сравнению с цезием-137, характер (рис. 1.5). Уровни загрязнения почвы этим радионуклидом выше 5,5 кБк/м2 (это также законодательно установленный критерий для отнесения территории к зоне радиоактивного загрязнения) были обнаружены на площади 21,1 тыс. км2 в Гомельской и Могилевской областях, что составляет 10% от территории республики. Плотность загрязнения стронцием-90 достигала величины 1800 кБк/м2 в пределах 30-км зоны ЧАЭС (Хойникский р-н Гомельской области). В дальней зоне

10