Аварии с выбросом радиоактивных веществ

Ионизирующее излучение – это излучение, которое, проходя через среду, вызывает ионизацию или возбуждение молекул среды.

Радиоактивное загрязнение – это форма физического (энергетического) загрязнения, связанного с превышением естественного уровня содержания радиоактивных веществ в среде в результате деятельности человека.

Радиационная обстановка – совокупность радиационных факторов, образующихся в результате эксплуатации ядерных объектов и при возникновении на них аварий и разрушений.

Радиационная обстановка характеризуется пространственными и временными масштабами, радиационными дозовыми нагрузками и степенью радиоактивного загрязнения местности.

Доза излучения – количество энергии ионизирующих излучений, поглощённое единицей массы облучаемой среды. Различают дозы излучения:

1) экспозиционную;

2) поглощённую;

3) эквивалентную;

4) эффективную эквивалентную.

1) Для характеристики дозы излучения по эффекту ионизации воздуха используется экспозиционная доза, выражаемая энергией гамма- или рентгеновского излучения, затрачиваемой на ионизацию единицы массы сухого воздуха при температуре 0⁰ и давлении 760 мм рт. ст. Экспозиционная доза характеризует потенциальную опасность воздействия ионизирующего излучения при общем и равномерном облучении человека.

,

где - энергия, переданная фотонным излучением элементарному объёму воздуха [Кл];

- масса воздуха в этом элементарном объёме [кг].

За единицу экспозиционной дозы в системе СИ принят кулон/кг (Кл/кг). Внесистемная единица равна 1 рентгену (Р).

Экспозиционная доза, отнесённая к единице времени, называется мощностью экспозиционной дозы, её также называют уровнем радиации:

, [Р/ч].

2) Для характеристики меры воздействия ионизирующих излучений на вещество принимается величина поглощённой энергии в единице массы вещества, называемая поглощённой дозой D. Поглощённая доза характеризует воздействие ионизирующих излучений на биологические ткани человека.

,

где - средняя энергия, переданная ионизирующим излучением веществу, находящемуся в элементарном объёме;

- масса вещества в этом элементарном объёме.

Поглощённая доза является основной дозиметрической величиной. В системе СИ за единицу поглощённой дозы ионизирующих излучений принят грей (Гр): 1 Гр = 1 Дж/кг. Внесистемной единицей поглощённой дозы, которую часто используют на практике, является рад (радиоактивная адсорбированная доза): 1 рад = 0,01 Гр. 1 рад = 1,14 Р.

Изменение поглощённой дозы излучения в единицу времени называется мощностью поглощённой дозы:

, [Гр/с, Гр/ч, рад/с, рад/ч].

3) Для определения биологического воздействия различных видов излучения на организм человека используется так называемая эквивалентная доза (H), которая вычисляется как произведение поглощённой дозы в органе или ткани Т на соответствующий взвешивающий коэффициент W_R (таблица 1) для данного вида излучения:

,

А если поле излучения состоит из нескольких излучений с различными величинами W_R, то эквивалентная доза определяется следующим образом:

,

где D_TR – средняя поглощённая доза в органе или ткани T, W_R – взвешивающий коэффициент для излучения R, предназначенный для учёта влияния поглощённой дозы на размер вредного биологического эффекта. Коэффициент выбирается на основе имеющихся значений относительной биологической эффективности (ОБЭ).

Таблица 1. Взвешивающие коэффициенты W_R для отдельных видов излучений при расчёте эквивалентной дозы

Эквивалентная доза в системе СИ измеряется в Зивертах (Зв): 1 Зв = 1 Дж/кг; внесистемной единицей её служит бэр (биологический эквивалент рентгена): 1 бэр = 0,01 Зв.

Эквивалентная доза, отнесённая к единице времени, называется мощностью эквивалентной дозы:

, [Зв/с, Зв/ч, бэр/с, бэр/ч].

4) Для определения меры риска возникновения отдалённых последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов с учётом их радиочувствительности используют так называемую эффективную эквивалентную дозу (H_эф), представляющую сумму произведений эквивалентной дозы в органе или ткани Т на соответствующий взвешивающий коэффициент W_Т (таблица 2) данного органа или ткани:

,

где H_τ,Т – эквивалентная доза в органе или ткани Т за время τ;

W_Т – взвешивающий коэффициент для органа или ткани Т.

Таблица 2. Значения взвешивающих коэффициентов W_Т для тканей или органов при расчёте эффективной эквивалентной дозы

Эффективная эквивалентная доза в системе СИ также измеряется в Зв, внесистемной единицей её служит бэр.

Эффективная эквивалентная доза, отнесённая к единице времени, называется мощностью эффективной эквивалентной дозы:

, [Зв/с, Зв/ч, бэр/с, бэр/ч].

Из таблицы для определения взвешивающих коэффициентов W_Т следует, что одни органы и ткани человека более чувствительны к радиоактивным излучениям, чем другие. Это означает, что при одинаковой эквивалентной дозе облучения заболевание лёгких, например, более вероятно, чем заболевание кожи и т.п.

Воздействие ИИ на организм человека

1) Соматические (телесные) эффекты – патологические поражения, возникающие в организме облучённого при превышении дозового порога (последствия воздействия облучения на самого облучённого, а не на его потомство).

Соматические эффекты вызывают:

- острую лучевую болезнь;

- хроническую лучевую болезнь;

- лучевые ожоги и поражения отдельных органов.

2) Соматико-стохастические эффекты – это патологические нарушения, возникающие в организме облученного, не имеющие дозового предела и носящие вероятностный характер.

Включают в себя:

- злокачественные новообразования и лекозы;

- заболевания различных органов.

3) Сокращение продолжительности жизни.

4) Генетические эффекты – патологические нарушения, возникающие в зародышевых клетках облучённого. Не имеют дозового предела, носят вероятностный характер.

Лучевая болезнь

Нормирование ИИ – СанПиН 2.6.1.2523 – 09 «Нормы радиационной безопасности НРБ – 99/2009»

Основные пределы доз

┌─────────────────────┬───────────────────────────────────────────────────┐

│Нормируемые величины │ Пределы доз │

│ <1> ├─────────────────────────┬─────────────────────────┤

│ │ персонал (группа А) <2> │ Население │

├─────────────────────┼─────────────────────────┼─────────────────────────┤

│ Эффективная доза │20 мЗв в год в среднем за│1 мЗв в год в среднем за │

│ │любые последовательные 5 │любые последовательные 5 │

│ │лет, но не более 50 мЗв в│лет, но не более 5 мЗв в │

│ │ год │ год │

├─────────────────────┼─────────────────────────┼─────────────────────────┤

│Эквивалентная доза за│ │ │

│год в хрусталике │ │ │

│глаза <3> │ 150 мЗв │ 15 мЗв │

│коже <4> │ 500 мЗв │ 50 мЗв │

│кистях и стопах │ 500 мЗв │ 50 мЗв │

└─────────────────────┴─────────────────────────┴─────────────────────────┘

Аварии на АЭС

Наиболее опасными по масштабам последствий являются аварии на АЭС с выбросом в атмосферу радиоактивных веществ, в результате чего, кроме разрушения энергоблоков, имеет место длительное радиоактивное загрязнение местности на огромных площадях.

Состав радионуклидов в аварийном выбросе примерно соответствует их составу в топливе поврежденного реактора, отличаясь только повышенным содержанием летучих продуктов деления и благородных газов. После прекращения радиоактивных выбросов аварийным блоком изменение радиоактивного загрязнения определяется в основном радиоактивным распадом, ветровым переносом, смывом дождевыми и паводковыми водами (после таяния снегов), диффузией радионуклидов в почву и т. п.

Спад радиации вследствие распада радиоактивных веществ в случае аварии на АЭС идет медленно, уровни радиации за 7-кратный промежуток времени в условиях аварийного выброса уменьшаются примерно в 2 раза. Это обусловлено в основном динамикой и изотопным составом радиоактивных выбросов. Поэтому след радиоактивного облака в первые сутки после аварии вытянут по направлению среднего ветра в виде эллипса, но с течением времени конфигурация зоны радиоактивного загрязнения приобретает веерный, очаговый характер и целиком определяется метеоусловиями в течение всего времени выброса.

Атомная электростанция (АЭС) — ядерная установка для производства энергии в заданных режимах и условиях применения, располагающаяся в пределах определённой проектом территории, на которой для осуществления этой цели используются ядерный реактор (реакторы) и комплекс необходимых систем, устройств, оборудования и сооружений с необходимыми работниками (персоналом) (ОПБ-88/97).

В России используются четыре типа реакторов, отличающихся используемым топливом, типом ядерной реакции и способом снятия тепла:

· реакторы кипящего типа (водо-водяные энергетические реакторы ВВЭР-440) на тепловых нейронах с двухконтурным охлаждением реактора и съёмом тепла водой;

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

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

· графитовые реакторы кипящего типа (реакторы большой мощности канальные РБМК).

С точки зрения безопасности предпочтение имеют легководные реакторы типа ВВЭР-440 и ВВЭР-1000.

Схема работы атомной электростанции на двухконтурном водо-водяном энергетическом реакторе (ВВЭР)

На рисунке показана схема работы атомной электростанции с двухконтурным водо-водяным энергетическим реактором. Энергия, выделяемая в активной зоне реактора, передаётся теплоносителю первого контура. Далее теплоноситель поступает в теплообменник (парогенератор), где нагревает до кипения воду второго контура. Полученный при этом пар поступает в турбины, вращающие электрогенераторы. На выходе из турбин пар поступает в конденсатор, где охлаждается большим количеством воды, поступающим из водохранилища.

Главный недостаток АЭС — тяжелые последствия аварий, для исключения которых АЭС оборудуются сложнейшими системами безопасности с многократными запасами и резервированием, обеспечивающими исключение расплавления активной зоны даже в случае максимальной проектной аварии (местный полный поперечный разрыв трубопровода циркуляционного контура реактора).

Серьёзной проблемой для АЭС является их ликвидация после выработки ресурса, по оценкам она может составить до 20 % от стоимости их строительства.

По ряду технических причин для АЭС крайне нежелательна работа в манёвренных режимах, то есть покрытие переменной части графика электрической нагрузки.

Надзор за безопасностью российских АЭС осуществляет Ростехнадзор.

Охрана труда регламентируется следующими документами:

1. Правила охраны труда при эксплуатации тепломеханического оборудования и тепловых сетей атомных станций ОАО «Концерн Энергоатом». СТО 1.1.1.02.001.0673-2006

Ядерная безопасность регламентируется следующими документами:

1. Общие положения обеспечения безопасности атомных станций. ОПБ-88/97 (ПНАЭ Г-01-011-97)
2. Правила ядерной безопасности реакторных установок атомных станций. ПБЯ РУ АС-89 (ПНАЭ Г — 1 — 024 — 90)

Радиационная безопасность регламентируется следующими документами:

1. Санитарные правила проектирования и эксплуатации атомных станций (СП АС-03)
2. Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ 99/2010)
3. Правила радиационной безопасности при эксплуатации атомных станций (ПРБ АС-99)
4. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009)
5. Федеральный закон «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения».

Авария на Чернобыльской АЭС, Катастрофа на Чернобыльской АЭС, Черно́быльская авария — разрушение 26 апреля 1986 года четвёртого энергоблока Чернобыльской атомной электростанции, расположенной на территории Украинской ССР (ныне — Украина). Разрушение носило взрывной характер, реактор был полностью разрушен, и в окружающую среду было выброшено большое количество радиоактивных веществ. Авария расценивается как крупнейшая в своём роде за всю историю атомной энергетики, как по предполагаемому количеству погибших и пострадавших от её последствий людей, так и по экономическому ущербу. В течение первых трех месяцев после аварии погиб 31 человек; отдалённые последствия облучения, выявленные за последующие 15 лет, стали причиной гибели от 60 до 80 человек. 134 человека перенесли лучевую болезнь той или иной степени тяжести, более 115 тыс. человек из 30-километровой зоны были эвакуированы. Для ликвидации последствий были мобилизованы значительные ресурсы, более 600 тыс. человек участвовали в ликвидации последствий аварии.

В отличие от бомбардировок Хиросимы и Нагасаки, взрыв напоминал очень мощную «грязную бомбу» — основным поражающим фактором стало радиоактивное заражение.

Облако, образовавшееся от горящего реактора, разнесло различные радиоактивные материалы, и прежде всего радионуклиды йода и цезия, по большей части территории Европы. Наибольшие выпадения отмечались на значительных территориях в Советском Союзе, расположенных вблизи реактора и относящихся теперь к территориям Белоруссии, Российской Федерации и Украины.

Чернобыльская авария стала событием большого общественно-политического значения для СССР, её ликвидация обошлась Советскому Союзу в сумму, близкую к 25 миллиардам долларов. Всё это наложило определённый отпечаток на ход расследования её причин. Подход к интерпретации фактов и обстоятельств аварии менялся с течением времени, и полностью единого мнения нет до сих пор.