<<
>>

___________ Лекция 4 МЕДИЦИНСКИЕ АСПЕКТЫ РАДИАЦИОННЫХ АВАРИЙ

Характеристика аварий на радиационно опасных объектах

Ядерная энергия является одним из наиболее потенциально опас­ных видов энергии. Поэтому особое внимание уделяется решению воп­роса обеспечения безопасности при возникновении аварийных ситуа­ций.

К потенциальным объектам радиационных аварий относятся:

— ядерные энергетические установки;

— ядерные исследовательские реакторы;

— промышленные и медицинские источники ионизирующего из­лучения;

— транспортировка радиоактивных веществ (>74 кБк/кг).

В мире сейчас действует более 400 энергоблоков в составе более 200 АЭС и станций теплоснабжения. Первая в мире АЭС была пущена в 1954 г. в нашей стране в Обнинске. На долю ядерных энергоблоков в США сейчас приходится около 30%, во Франции — около 80% всей вырабатываемой в этих странах электроэнергии, в России — около 12%.

В странах СНГ — 15 АЭС с 46 энергоблоками. Например, только в России действуют 2 Кольские, Ленинградская, Калининская, Смолен­ская, Курская, Сибирская АЭС. В 1958 г. на Урале был введен в строй первый энергоблок Белоярской АЭС с уран-графитовым реактором мощ­ностью 1.00 МВт, а в 1967 г. — второй блок мощностью 200 МВт. С уче­том приобретенного опыта в 1973-1981 гг. были построены 4 энерго­блока Ленинградской АЭС, в 1976-1985 гг. — 3 блока Смоленской на основе реактора РБМК-1000. Самый крупный в мире энергоблок мощ­ностью 1500 МВт был пущен в эксплуатацию в 1983 г. на Игналинской АЭС в Литве. К данному типу реакторов относится и Чернобыльская АЭС. Другое направление в создании АЭС в нашей стране базировалось на использовании корпусных реакторов ВВЭР. Первая установка по­добного типа мощностью 210 МВт была пущена на Нововоронежской

ИЗБРАННЫЕ ЛЕКЦИИ ПО МЕДИЦИНЕ КАТАСТРОФ

АЭС в 1964 г. В дальнейшем, в 1973-1984 гг. были построены 4 энерго­блока Кольской АЭС по 440 МВт, в Армении, Словакии, Финляндии и других странах, где они эксплуатируются до последнего времени.

Несмотря на большие средства, вкладываемые в обеспечение безопас­ности АЭС, полностью исключить аварийные ситуации невозможно. Риск аварии соответствует 10'6-10'7 на один реактор в год. В мире зарегистриро­вано около 300 серьезных аварий, сопровождавшихся выбросом РВ.

Радиационная авария определяется как непредвиденный случай, выз­ванный неисправностью оборудования или нарушением нормального хода технологического процесса, который создает повышенную опас­ность при облучении людей ионизирующим излучением и радиоактив­ном загрязнении окружающей среды величинами, превышающими ус­тановленные санитарные нормативы. Под радиационным инцидентом понимаются «несчастные» случаи облучения людей ионизирующим из­лучением в повышенной дозе, причины которого могут быть самыми различными. К ним относятся контакты с радиоактивным источни­ком, о котором может не подозревать пострадавший. Это случается при нарушении техники безопасности работы с облучательными установ­ками, транспортировке радионуклидов, нарушении правил их хране­ния или захоронения и т.д.

Накоплен большой опыт по эксплуатации АЭС и ликвидации ава­рий и их последствий. Наиболее крупные аварии произошли в Север­ной Англии (Уиндскейл, 1957 г., выброшено в окружающую среду 2 МКи радионуклидов, 13 человек погибли, 260 человек переоблучены), в СИМ (Тримайл Айленд, 1979 г., 1 человек погиб, выброшено менее 2 МКи радионуклидов), в нашей стране (Чернобыльская АЭС, 1986 г., 28 по­гибших, 134 случая острой лучевой болезни, выброс более 50 МКи ра­дионуклидов).

Высокая потенциальная опасность АЭС в случае аварии связана в ос­новном с выбросом в окружающую среду радиоактивных продуктов деле­ния, накопленных в реакторе за время его работы. Даже при неконтроли­руемом разгоне реактора, работающего на тепловых нейтронах, ядерногс взрыва произойти не может из-за низкой концентрации урана-235 или плутония-239, т.е. теоретически не может быть создана необходимая кри­тическая масса данных радионуклидов для развития цепной реакции де­ления ядер тяжелых элементов.

Критическая масса для урана-235 — 30 кг для плутония-239 — 6 кг. Установлено, что только 1% энергии делящих­ся ядер может перейти в механическую энергию аварийного теплового взрыва. Ядерным топливом на АЭС служит обогащенная урановая руда, В настоящее время промышленно разрабатываются руды с содержанием более 0,1% урана, что в 1000 раз больше его концентрации в литосфере

ИЗБРАННЫЕ ЛЕКЦИИ ПО МЕДИЦИНЕ КАТАСТРОФ

земного шара, В урановой руде содержится 99,3% урана-238, не способ­ного самостоятельно инициировать цепные ядерные реакции, и только

0, 7% урана-235, испускающего тепловые нейтроны.

Для достижения технологически значимого разогрева уранового топлива на АЭС (до 1500 С) необходимо увеличить содержание урана- 235 в составе урановой руды до 2—4%, чего добиваются путем ее обога­щения на заводах атомной промышленности. На тепловых нейтронах сжигается 1,5% природного урана.

При нормальной работе реакторов постоянно накапливаются радио­активные отходы. Источником жидких отходов является вода, приме­няемая для охлаждения активной зоны реактора. Могут накапливаться и газообразные, и твердые РВ.

Радиационная авария в зависимости от своего масштаба может быть локальной, в пределах АЭС, местной, захватывающей только окружаю­щую АЭС территорию, и общей, когда загрязнение радионуклидами охватывает территорию далеко за пределами АЭС. Более точную клас­сификацию радиационных аварий, принятую в нашей стране в 1990 г., составляет Международная 7-балльная шкала (табл. 4.1.).

Первая часть шкалы — радиационные аварии 7, б, 5 и 4-го уровней.

Глобальная авария, подобная аварии на Чернобыльской АЭС, при выбросе в окружающую среду более > 1016 Бк радиоактивного йода пред­ставляет 7-й класс. При тяжелой аварии (6-й класс) выброс йода-131 на порядок меньше (1015— 1016 Бк). При сокращении выброса еще на один порядок (10м—1015 Бк) —авария 5-го класса с риском для окружающей среды. При авариях с 5-го по 7-й класс происходит значительное по­вреждение активной зоны реактора.

4-й класс — авария в пределах АЭС сопровождается частичным повреждением активной зоны, при этом отмечается небольшой выброс радионуклидов в окружающую среду с облучением населения не более нескольких мЗв, но со значительным загрязнением помещений АЭС и облучением персонала.
Таблица 4.1. Международная шкала
Уровень Н а и м е н о на н и е а п ар и и Критерии
1 2 3
7 Глобальная Большой выброс: |3|1 (>]0 ПБк). Значитель­ный ущерб здоровью людей и окружающей среде (Чернобыль, 1986)
6 Тяжелая Значительный выброс |?Ч (1 — 10 ПБк) с боль­шим повреждением активной зоны реактора. Полная реализация планов защиты населения (Уиндскейл, Англия, 1957)

ФАРМАЦИЯ И МЕДИЦИНА КАТАСТРОФ_________________ ММА им. И.М. Сеченова

ИЗБРАННЫЕ ЛЕКЦИИ ПО МЕДИЦИНЕ КАТАСТРОФ

1 2 3
5 Авария с риском для среды Ограниченный выброс |311 (0,1-1 ПБк) с се­рьезным повреждением активной зоны реак­тора. Частичная реализация планов защиты населения (Тримайл Айленд, США, 1979) .
4 Авария в пределах АЭС Небольшой выброс |311 с частичным повреж­дением активной зоны реактора. Облучение населения в пределах нескольких мЗв. Конт­роль за продуктами питания.Облучение пер­сонала ~ 1 Зв (Буэнос-Айрес, Аргентина, 1983)
3 Серьезное

происшествие

Небольшой выброс I1-11 с загрязнением АЭС и облучением персонала > 50 мЗв и населения ~ 100 мкЗв; без необходимости защиты насе­ления (Ванделос, Испания, 1989; Томск, 1993)
2 Происшествие средней тяжести Событие с потенциальными последствиями для безопасности
1 Незначительное

происшествие

Отклонение от разрешенных границ функци­онирования реактора
0 Ниже шкалы Не влияет на безопасность

Вторая часть шкалы классификации аварий — нижние 3 уровня отно­сятся к происшествиям (1-й класс — незначительное происшествие, 2-й класс — происшествие средней тяжести, 3-й класс — серьезное проис­шествие, связанное с ухудшением глубоко эшелонированной защиты АЗС: имеют место отклонения от разрешенных границ функциониро­вания, события с потенциальными последствиями для радиационной безопасности.

Нулевой класс — безопасная ситуация.

В ядерной энергетике страны в подавляющем большинстве случаев функционируют реакторы на тепловых нейтронах следующих типов: водо-водяной энергетический реактор (ВВЭР) и реактор большой мощ­ности канальный (РБМК). В первом случае вода подается в активную зону через соответствующий контур, одновременно являясь теплоно­сителем (для съема тепла с активной зоны) и замедлителем тепловых нейтронов. Тепло с 1 -го контура передается на 2-й, который подает пар на паровые турбины. Для данного типа реакторов нужно обогащение ядерного горючего по урану-235 до 4,4%. В РБМК подающаяся в ак­тивную зону кипящая вода служит только для теплосъема, а в качестве замедлителя тепловых нейтронов предназначены графитовые стерж­ни. В этом типе реактора пар под давлением из активной зоны сразу подается на паровые турбины, т.е, отсутствует 2-й контур воды для теп-

ИЗБРАННЫЕ ЛЕКЦИИ ПО МЕДИЦИНЕ КАТАСТРОФ

лосъема. Для работы реакторов РБМБ требуется ядерное топливо, менее обогащенное по урану-235 (1,8%).

Аварии на АЭС могут быть связаны с различной степенью разгермети­зации тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ), состоящих из циркониевых каналов с помещенным в них ураном, точнее, окисью урана (1Ю2) в виде таблеток, или течью 1-го контура теплосъема в связи с его разрывом.

В процессе эксплуатации в циркониевом кожухе ТВЭЛ вследствие его коррозии, прежде всего под действием а-частиц урана и трансура­новых соединений, могут возникать микротрещины, через которые из ТВЭЛ в воду поступают радионуклиды, в основном газообразные про­дукты. Вода при температуре 270—290 °С подается в активную зону под большим давлением (12—16 МПа), препятствующим ее закипанию. На выходе из активной зоны температура воды в ВВЭР поднимается до 300-320 °С. Вода, прошедшая через активную зону, приобретает под действием нейтронов наведенную активность, прежде всего за счет ак­тивации кислорода. В РБМК вода, прошедшая активную зону реакто­ра, вместе с растворенными в ней радионуклидами, вышедшими из ТВЭЛ, подается в виде пара на турбогенератор.

В крайних случаях при нарушении теплосъема с активной зоны от­мечается ее оплавление и вследствие образующегося пара под большим давлением в условиях теплового взрыва происходит выброс в окружаю­щую среду оплавленных ТВЭЛ и радионуклидов в виде аэрозолей. Та­ким образом, вода, работающая в качестве теплоносителя на АЭС при высоких температурах и давлениях, ведет к выбросам РВ из активной зоны. Дополнительные контуры и защитные колпаки эту принципи­альную опасность не устраняют.

Ненапряженный реактор на воде построить нельзя. Нужен тепло­носитель, который при любой аварии не покинет активную зону, а если произойдет невозможное, то не принесет вреда. Найти замену воде пытались многими путями. В Великобритании применяли углекислый газ. В реакторах на быстрых нейтронах в качестве теплоносителя ис­пользовался расплавленный натрий. Больших давлений в системе нет, носам металл горит даже при невысоких температурах. В нашей стране хорошо работают 2 жидкометаллических реактора БН-600 под Екате­ринбургом и БН-350 в г. Шевченко (Казахстан). Аналогичные генера­торы имеет только Франция.

При эксплуатации экспериментальных и промышленных ядерных установок к числу наиболее опасных аварий следует отнести внезапные неконтролируемые разгонки криосборок и аварии реакторов АЭС на быстрых нейтронах, во время которых персонал может подвергаться воздействию больших доз у-нейтронного излучения.

ИЗБРАННЫЕ ЛЕКЦИИ ПО МЕДИЦИНЕ КАТАСТРОФ

<< | >>
Источник: С.В. Трифонов. Избранные лекции по медицине катастроф. 2001

Еще по теме ___________ Лекция 4 МЕДИЦИНСКИЕ АСПЕКТЫ РАДИАЦИОННЫХ АВАРИЙ:

  1. Заключение
  2. ___________ Лекция 4 МЕДИЦИНСКИЕ АСПЕКТЫ РАДИАЦИОННЫХ АВАРИЙ