3.3. Характеристика радиационных аварий

Аварии на АЭС

В пятидесятые годы наша страна выступила инициатором использова­ния атомной энергии в мирных целях. В 1954 г была построена первая АЭС.

Начались аварии. Специалисты-атомщики выделяют за все время ра­боты энергоустановок (с 1954 г.) три крупные аварии: в Англии - на АЭС "Виндскейл", в США - на АЭС "Тримайл-Айленд" и в СССР в Чернобыле.

В результате пожара в 1957 г. на Виндскейлском реакторе №1 произо­шел выброс большого количества радиоактивного дыма, значительная тер­ритория оказалась зараженной; пожар на 4 день удалось погасить, реактор забетонировали - появился прообраз будущего Чернобыльского саркофага.

В марте 1979 года на АЭС "Тримайл-Айленд" произошла авария, в ре­зультате которой в окружающую среду попало большое количество радио­активных веществ. На американской станции во время аварии получили повышенные дозы облучения многие из обслуживающего персонала АЭС, ликвидация последствий аварии заняла многие годы.

В апреле 1986 года на ЧАЭС произошла авария с разрушением ядерного реактора. Активность выброса составила 50 МКи, пострадало более 100 тысяч человек, радиус зоны эвакуации составил 30 км.

Как показывает практический опыт, аварии на АЭС могут быть двух ти­пов: без разрушения ядерного реактора и с разрушением ядерного реактора. Авария без разрушения ядерного реактора

Такая авария на АЭС возникает при оплавлении аварийных твэлов, разрыве магистрального трубопровода и других ситуациях и характеризуется выходом из первого контура пара с радиоактивными веществами через вен­тиляционную трубу. Радиоактивное заражение атмосферы и местности сущест­венно отличается в случае аварии на одноконтурных и двухконтурных ядерных реакторах.

При аварии на одноконтурном ядерном реакторе типа РБМК-1000 основной выход пара с РВ происходит в течение 20 мин и практически завер­шается в течение 1 часа. За это время выходят все радиоактивные вещества, которые находятся в зазорах аварийных твэлов в газообразном (парообраз­ном) состоянии: радиоактивные благородные газы (РБГ) активностью 27 МКи, радиоизотопы йода активностью 28 МКи и радиоизотопы цезия активностью 0,14 МКи.

Паровое облако с радиоактивными веществами за счет высокой скорости истечения из вентиляционной трубы поднимается над нею на несколько десят­ков метров и распространяется по направлению со скоростью среднего ветра на высоте перемещения облака. При попадании человека в радиоактив­ное облако радиоактивные благородные газы, проходя через лёгкие, будут выбрасываться из организма в атмосферу, а радиоизотопы йода и цезия будут частично задерживаться в них и попадать в организм человека, распределяясь в нём по органам: изотопы йода - в щитовидной железе, а цезия - равномерно по всему организму.

Для двухконтурного реактора типа ВВЭР-1000 авария характеризуется длительным выходом пара с радионуклидами (до 9 сут) в атмосферу через вентиляционную трубу.

Прочный корпус ядерного реактора и система защиты удерживает РВ внутри системы и выход их примерно в 10 раз меньше, чем при аварии на реак­торе РБМК -1000: выходит всего 2,2 МКи РБГ и 1,37 МКи радиоизотопов йода. Сравнительно небольшой выход РВ при гипотетической аварии на ВВЭР-1000 приводит к тому, что независимо от метеоусловий загрязнение местности не выходит за пределы 30-км зоны. Форма зон радиоактивного заражения при аварии на реакторе ВВЭР-1000 может иметь не только элипсообразную, но и кольцевую форму вокруг АЭС с выступами - эллипсами по тем направлениям, когда наблюдается повышенный выход радиоактивных веществ из реактора.

Авария на АЭС с разрушением ядерного реактора

Примером такой аварии является авария на Чернобыльской АЭС 26 апреля 1986 года. До аварии ядерный реактор работал около 3 лет без за­мены ядерного горючего, в момент аварии мощность реактора была 7% от номинальной. Ядерный реактор, на котором произошла авария, был одно­контурный типа РБМК-1000 с тепловой мощностью 3200 МВт и электриче­ской 1000 МВт, за 3 года работы в этом реакторе накоплено около 10 млрд. кюри радиоактивных веществ.

В момент аварии на энергоблоке произошло несколько тепловых взрывов, которые разрушили ядерный реактор и здание, где он находился, а также произошёл мгновенный выброс радиоактивного парогазового об­разования и продуктов разрушения здания на высоту около 2 км. Потом произошло загорание графита (его в реакторе 1700 т) и его горение проис­ходило в течение двух недель, в процессе которого происходило интен­сивное выпаривание радиоактивных веществ из разрушенного реактора, выход их из зоны аварии и распространение в окружающей среде под влиянием метеоусловий. Попытки прекратить выход РВ в атмосферу из зоны аварии путём сброса в эту зону около 500 т различных негорючих ма­териалов успеха не имели.

По официальным данным при аварии на Чернобыльской АЭС в атмо­сферу вышло около 50 МКи РВ, находящихся в ядерном реакторе во время аварии. Процесс протекания аварии и развития радиационной обстановки, на примере катастрофы на ЧАЭС, может быть представлен тремя фазами: ранней, средней и поздней.

Ранняя фаза (РФА) включает промежуток времени от момента возникновения аварийной ситуации до прекращения выброса продуктов распада в окружающую среду и завершения формирования радиационных полей (оседания радиоактивных осадков). В этот период люди будут подвергаться внешнему облучению - от радиоактивного облака и радиоактивного загрязнения местности и внутреннему - за счет ингаляционного поступления радионуклидов (прежде всего йода-131) в организм человека, которое является наиболее опасным (критическим) видом облучения. Продолжительность фазы будет зависеть от особенностей аварии и эффективности мер по ее локализации и может колебаться от нескольких часов до нескольких суток. В Чернобыле выбросы из аварийного реактора были прекращены через 10 суток, а формирование радиационных полей закончилось несколько позже (с оседанием пыли и аэрозолей на землю) и зависело от удаления загрязненных территорий от ЧАЭС.

При некоторых авариях, в основном на реакторах типа РБМК, возможно наличие начальной стадии ранней фазы аварии (НС РФА), которая характеризуется возникновением аварийной ситуации в активной зоне реактора с высокой вероятностью выброса радиоактивных веществ и продолжается от начала возникновения аварийной ситуации и до выброса. В зависимости от типа реактора и конкретных условий аварии продолжительность начальной стадии может быть от нескольких часов до суток.

Средняя фаза аварии (СФА) продолжается от окончания ранней фазы до завершения принятия основных экстренных мер по защите населения. В этот период основное воздействие радиации на человека будет включать внешнее облучение от загрязненной радионуклидами местности и, частично, внутреннее облучение за счет поступления радионуклидов в организм с пищевыми продуктами местного производства и водой из местных источников водоснабжения. Продолжительность средней фазы будет зависеть от масштаба аварии, наличия сил и средств, осуществляющих проведение мероприятий по защите населения, и объема этих мероприятий. При ликвидации аварии на ЧАЭС эта фаза продолжалась около года.

Поздняя фаза аварии (ПФА) продолжается до тех пор, пока полностью не исчезнет необходимость в проведении плановых мер защиты людей. Здесь основную опасность для населения будет представлять поступление радионуклидов в организм человека с продуктами местного производства, "дарами леса", а также внешнее облучение, когда люди будут находиться на загрязненных территориях по производственной или личной надобности.

При аварии на АС с взрывом (разгерметизацией) реактора в результате оседания продуктов выброса возникает радиоактивное загрязнение окружающей среды, которое вместе с облаком газоаэрозольной смеси радионуклидов создает мощный поток ионизирующих излучений, являющийся основным поражающим фактором для населения, проживающего за пределами промышленной зоны АС. При этом, прогнозирование возможного характера и масштабов радиоактивного загрязнения местности и атмосферы представляет собой сложный процесс и является весьма ориентировочным, так как зависит от исходных параметров и характера аварии, постоянно меняющихся метеоусловий, наличия геопатогенных зон и других факторов. Кроме того, радиоактивное загрязнение местности будет иметь ряд других особенностей, влияющих на характер мер по защите населения и территорий.

1. Вследствие большой продолжительности выбросов и неоднократной перемены за это время направления ветра радиоактивное загрязнение в рассматриваемых условиях будет иметь форму широкого сектора или круга, охватывающего значительную площадь. При ликвидации аварии на ЧАЭС сектор, охватывающий зону ветровых перемещений за 10 суток, составил около 270°.

2. Аэрозоли, из которых состоит радиоактивное облако, имеют мелкодисперсный характер с размером частиц 2 мкм и менее, вследствие чего они обладают высокой проникающей способностью через фильтры защитных средств, что способствует их поступлению (прежде всего биологически опасных "горячих частиц") в органы дыхания человека даже при наличии фильтрующих СИЗ.

При оседании на местности и различных поверхностях мелкодисперсные частицы глубоко проникают в грунт, любые макротрещины, краску и т. п., что способствует высокой степени адгезии (удерживаемости) их на поверхности и существенно затрудняет проведение дезактивации.

3 Радиоактивное загрязнение местности в рассматриваемых условиях будет иметь неравномерный "пятнистый" характер, когда участки с высокими уровнями радиации могут обнаруживаться на большом удалении от источника загрязнения. Кроме того и на поверхности самих "пятен" уровни радиации могут иметь мозаичное расположение. На образование "пятен" и "мозаики" влияют атмосферные осадки, вертикальные перемещения воздушных масс в приземном слое атмосферы, а также наличие гравитационных аномалий. В чернобыльских зонах загрязнения вблизи АС, где выпадали сравнительно крупные частицы, "цезиевые пятна", как правило, совпадают с участками местности, где гравитация имеет наибольшие значения. С удалением от АС на 50 - 100 км и более основную роль в образовании пятнистости полей играют, в основном, метеорологические факторы. Вместе с тем и в уже сформировавшихся зонах загрязнения в результате ветровых переносов и осадков может наблюдаться миграция радиационных загрязнителей. Все это затрудняет использование результатов прогнозирования и требует проведения регулярного радиационного контроля (рис.3.1).

4. Естественный спад активности радионуклидов при загрязнении в результате аварии на АС происходит значительно медленнее и более плавно, чем при загрязнении от ядерных взрывов, а следовательно, и загрязнение в результате аварии на АС будет продолжаться значительно дольше, чем аналогичное (по исходным уровням радиации) при ядерном взрыве (см. графики на рис. 3.2.).

Коэффициент спада (Ксп) в зависимости от времени, прошедшего после аварии

Время после взрыва (ч)	1	2	3	4	5	6	7
Ксп для АС	1	1,32	1,55	1,83	1,9	2,04	2,15
Ксп для ЯВ	1	2,3	3,7	5,3	6,7	8,6	10

При авариях на АЭС с разрушением ядерного реактора типа ВВЭР-1000 интенсивный выход РВ в атмосферу будет кратковременным (видимо в течение нескольких часов). Кратковременность выхода РВ в атмосферу при аварии на ВВЭР будет обусловлена отсутствием графита, горение ко­торого вызывало интенсивный выход РВ из зоны аварии реактора РБМК-1000 на ЧАЭС.

Следовательно, при аварии на реакторе ВВЭР-1000 РЗ будет по форме аналогично следу радиоактивного заражения при ядерном взрыве.

Рис. 3.2. Графики спада уровней радиации

Аварии с радиоизотопными термоэлектрическими генераторами

Авария РИТЭГ может произойти в следующих случаях:

- при проведении погрузочно-разгрузочных работ;

- при неполной нагрузке;

- при попадании в него боеприпаса или в результате теракта.

В этих случаях возможно загрязнение среды изотопами Sг-90, Y-90 и продуктами их распада. К таким аварийным ситуациям можно отне­сти сбрасывание с высот более 9 м на стальные плиты, пожары с темпера­турой более 800°С, прямое падение летательного аппарата.

Аварии в хранилищах

Аварийные ситуации в местах хранения жидких радиоактивных от­ходов

Рис.3.1. Загрязнение территории после аварии на ЧАЭС цезием -137 (данные на октябрь 1986 года)

могут возникнуть в случае разрыва и появления течей в резервуа­рах хранилищ. Аварийные ситуации в местах хранения твердых отходов могут возникнуть при взрывах в результате попадания боевых средств или террористических актов.

В 1957 году в Челябинской обл. произошел взрыв - разнесло емкость с высохшими радиоактивными отходами. Образовалось облако с радиоак­тивностью в 2 млн. Ки, которое растянулось в длину на 105 км и в ширину на 8-9 км. С загрязненной территории было эвакуировано 102 тыс. человек.

Аварии с ядерными боеприпасами

Авария ЯБП может произойти в следующих случаях:

-при попадании в ЯБП обычного боеприпаса; - при воздействии на ЯБП взрывной волны;- при падении или ударе ЯБП;

- по причинам, связанным с конструктивными дефектами.

В указанных случаях может произойти неактивный взрыв ЯБП. Про­текающие при этом ядерные реакции не носят цепного характера. Радиоак­тивное заражение в этом случае возникает вследствие разгерметизации оболочки ЯБП.