Аварии на радиационно-опасных объектах (РОО)

РОО – предприятие, на котором в случае аварии или разрушения происходит выброс радиоактивных продуктов и ионизирующих излучений за предусмотренные проектом границы в количествах, превышающих установленные нормы безопасности, способных вызывать массовые радиационные поражения людей, животных и растений, а также радиоактивное загрязнение окружающей среды.

К типовым РОО относят:

- атомные электростанции;

- предприятия по изготовлению ядерного топлива;

- предприятия по переработке отработавшего ядерного топлива;

- предприятия по захоронению радиоактивных отходов;

- научно-исследовательские и проектные организации, имеющие ядерные реакторы;

- ядерные энергетические установки на транспорте.

Для определения опасности РОО разработана семибальная шкала МАГАТЭ (Международное агентство по атомной энергии), по которой АЭС считаются радиационно-опасным объектом первой степени опасности, а НИИ с ядерными реакторами и стендами – второй степени опасности.

Классификация возможных аварий на РОО проводится по двум признакам:

а) типовым нарушениям нормальной эксплуатации. Под нормальной эксплуатацией РОО понимается все его состояние: технология производства энергии или расщепляющихся материалов в соответствии с принятой в проекте, работа на заданных уровнях мощности, своевременное техническое обслуживание, безопасность процессов пуска и остановки, перегрузки ядерного топлива.

Аварии связанные с нарушением нормальной эксплуатации подразделяются на:

ü проектные;

ü проектные с наибольшими последствиями;

ü запроектные.

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

1. Нарушение первого барьера безопасности – нарушение герметичности оболочек твэлов (твэл – тепловыделяющий элемент) из-за кризиса теплообмена (перегрев) или механических повреждений.

2. Нарушение первого и второго барьеров безопасности. При попадании радиоактивных продуктов в теплоноситель вследствие нарушения первого барьера дальнейшее их распространение останавливается вторым барьером, которым является корпус реактора.

3. Нарушение всех трех барьеров безопасности. При нарушении первого и второго барьеров теплоноситель с радиоактивными продуктами деления удерживается от выхода в окружающую среду третьим барьером – защитной оболочкой реактора, под которой понимают совокупность всех технических конструкций, систем и устройств, обеспечивающих с высокой степенью надежности локализацию выбросов РВ и ИИ.

б) характеру последствий для персонала, населения и окружающей среды. Наиболее опасными по масштабам последствий являются аварии на АЭС с выбросом РВ в атмосферу. В практике эксплуатации АЭС имели место многочисленные случаи выброса радионуклидов за пределы станции. Как правило, величина выброса была незначительной. Однако события 1957 г. на АЭС Виндскейле (Англия), 1979 г. на АЭС «Три-Майл-Айленд» (США), 1986 г. на Чернобольской АЭС имели серьезные последствия.

Учитывая масштаб последствий аварии подразделяются на три типа:

· локальные – нарушение в работе РОО, при котором не произошел выход радиоактивных продуктов и ионизирующих излучений за предусмотренные границы оборудования, технологических систем, зданий и сооружений в количествах, превышающих установленные для нормальной эксплуатации предприятия значения;

· местные – нарушение в работе РОО, при котором произошел выход радиоактивных продуктов в пределах санитарно-защитной зоны в количествах, превышающих установленные нормы для данного предприятия;

· общие – нарушение в работе РОО, при котором произошел выход радиоактивных продуктов за границу санитарно-защитной зоны в количествах, приводящих к радиоактивному загрязнению прилегающих территорий и возможному облучению, проживающего там населения, выше установленных норм.

Анализ произошедших аварий на РОО показал, что процесс их развития может быть представлен последовательностью:

исходное событие ®пути протекания ® последствия.

Исходное событие ядерной аварии чаще всего обусловлено образованием критической массы при транспортировке, перегрузке и хранении твэлов. В тяжелых случаях нарушения контроля и управления цепной ядерной реакцией могут произойти тепловые и ядерные взрывы. Вследствие быстрого неуправляемого развития реакции резко нарастает мощность и происходит накопление энергии, приводящее к взрыву с разрушением реактора и выходом радионуклидов в окружающую среду.

Пути протекания аварии характеризуются фазами ее развития:

Ø ранняя – от начала аварии до прекращения выброса РВ и окончания формирования следа радиоактивного заражения (РЗ) местности. Ее продолжительность до двух недель. В этот период велика вероятность облучения организма g- и b-излучением, а также внутреннего облучения посредством пищи, воды, воздуха,

Ø средняя – от окончания ранней фазы до принятия мер защиты населением. Ее продолжительность составляет несколько лет. Источником внешнего облучения являются РВ, осевшие на местности, внутреннее облучение с пищей, водой и воздухом не исключено,

Ø поздняя – до прекращения проведения защитных мероприятий и отмены всех ограничений.

Последствия радиационных аварий обусловлены их поражающими факторами:

· газо-аэрозольная смесь радионуклидов, распространяющаяся в виде облака на сотни километров и испускающая мощный поток ионизирующих излучений,

· радиоактивное загрязнением местности имеет длительный характер в результате разброса высокоактивных осколков ядерного топлива на территории объекта и осаждения радиоактивных частиц из газо-аэрозольного облака.

Ионизирующими излучениями (ИИ) – называют излучения, взаимодействие которых со средой приводит к образованию электрических зарядов различных знаков.

Виды ИИ и их характеристика:

a – представляет поток ядер гелия, обладающих большой массой. При взаимодействии с веществом частицы быстро теряют свою энергию, что объясняет их низкую проникающую способность и высокую удельную ионизации. (Опасность поражающего действия возрастает при попадании внутрь организма с воздухом, водой, пищей, через рану).

b – поток электронов или позитронов. Масса в десятки тысяч раз меньше массы a-частиц, поэтому их проникающая способность выше (чем у a), а ионизирующая меньше.

n – поток нейтральных ядерных частиц, обладающих достаточно большой массой. Проникающая способность нейтронов существенно выше, чем у a- и b-частиц. Отличительной особенностью данного излучения является способность превращать атомы стабильных элементов в их радиоактивные изотопы.

g – электромагнитная волна, распространяющаяся со скоростью света. Высокая энергия и малая длина волны обусловливает их большую глубину проникновения в живой организм.

Источники ИИ.

Природные:

а) внешние внеземного происхождения (из космоса),

б) внешние земного происхождения (в атмосфере, гидросфере, литосфере),

в) внутренние (накапливающиеся в организме человека).

Антропогенные:

а) испытания ядерного оружия,

б) предприятия добычи и получения расщепляющихся материалов,

в) учреждения, предприятия и лаборатории, использующие РВ в технологии производственных процессов.

Для характеристики воздействия ИИ на вещество введено понятие доза излучения – часть энергии, переданная излучением веществу и поглощенная им. Различают следующие виды:

1. Экспозиционная доза – характеризует эффект ионизации воздушной среды и потенциальную опасность облучения для живого организма

Единицы измерения в CИ не в СИ

[D_экс] = [Кл/кг] = [P]

2. Поглощенная доза – величина энергии любого вида излучения, поглощенная в единице массы вещества

[D_погл] = [Гр] = [рад]

3. Эквивалентная доза – характеризует эффект биологического действия конкретного вида ионизирующего излучения

D_экв = k*D_погл, где k – коэффициент качества излучения

для b, g, рентгеновских лучей k = 1, k_n = 10, k_a = 20

[D_экв] = [Зв] = [бэр]

Величина дозы излучения определяет степень, глубину и форму лучевых поражений. Радиационное воздействие заключается в нарушении жизненных функций различных органов (кроветворения, нервной системы, желудочно-кишечного тракта) и развитии лучевых пораженй. Биологические реакции организма человека на действие ИИ условно разделены на две группы:

v Острые поражения (детерминированные пороговые эффекты) развиваются при однократном (в течении 4 суток) равномерном g-облучении всего тела и поглощенной дозе выше 0,1 Гр.

Острая лучевая болезнь (ОЛБ) развивается при дозах облучения

1-2,5 Гр – легкая (I степень),

2,5-4 Гр – средней тяжести (II степень),

4-7 Гр – тяжелая (III степень),

более 7 Гр – крайне тяжелая (IV степень),

более 10 Гр – молниеносная форма (гибель в первые дни облучения).

Лучевые ожоги в зависимости от поглощенной дозы ИИ проявляются реакциями

до 5 Гр – I степень,

5-8 Гр – II степень,

8-12 Гр – III степень,

более 12 Гр – IV степень.

Хроническая лучевая болезнь может развиться при непрерывном или повторяющемся облучении в дозах, существенно ниже тех, которые вызывают острую форму, но превышающих предельно допустимые величины.

v Отдаленные последствия (стохастические беспороговые эффекты) одно из коварных свойств ионизирующего излучения. К ним относят

лейкозы,

злокачественные новообразования,

ранее старение,

сокращение продолжительности жизни.

Радиоактивное загрязнение – это присутствие радиоактивных веществ на поверхности, внутри материала, в воздухе, в организме человека или в другом месте, в количестве, превышающем уровни, установленные нормами радиационной безопасности.

Оно обуславливается выделением при аварии не прореагировавших элементов и продуктов деления ядерной реакции (радиоактивный шлак, пыль, осколки ядерного продукта), а также образованием различных радиоактивных материалов и предметов (грунт) в результате их облучения.

Различают первичное и вторичное загрязнение. Первичное – непосредственно от облака радиоактивных веществ. Вторичное – перенос радионуклидов колесами транспорта, сельскохозяйственной техники, на ногах людей и животных.

Радиоактивное загрязнение при авариях на РОО имеет некоторые особенности:

Ø сложная зависимость от исходных параметров (типа и мощности реактора, времени его работы, характера аварии и т.д.) и метеоусловий, вследствие чего прогнозирование его возможных масштабов весьма затруднено и носит ориентировочный характер;

Ø естественный спад активности радионуклидов существенно более длителен, чем распад продуктов ядерного взрыва – при взрыве за каждое семикратное увеличение времени уровень уменьшается примерно в 10 раз, при аварии на РОО в 2 раза;

Ø большое содержание долгоживущих радионуклидов (плутоний-239, стронций-90, цезий-137 и др.), особенно a-излучающих изотопов, определяет длительность загрязнения биологически опасными радионуклидами, которые с течением времени могут быть вовлечены в миграционные процессы и трофические цепи;

Ø малые размеры радиоактивных частиц (около 2 мкм, при ядерном взрыве около 200 мкм) облегчает их поступление в организм человека, способствуют глубокому проникновению в микротрещины и микропоры различных объектов, что затрудняет проведение работ по дезактивации;

Ø стационарный характер источника загрязнения, продолжительность выбросов во времени на небольшую высоту (до 1,5-2 км) и частые изменения метеоусловий приводят к азимутальной неравномерности загрязнения местности, изменению уровней радиации в отдельных районах во времени и образованию радиоактивных зон загрязнения в виде пятен.

При особо крупных авариях и загрязнениях территории радиоактивными веществами по степени опасности для человека и возможности его проживания в данной местности выделяют зоны:

- зона отчуждения – территория, на которой в течение определенного периода не допускается проживание и хозяйственная деятельность человека;

- зона отселения – территория, на которой разрешена только хозяйственная деятельность человека временно-вахтовым методом;

- зона проживания – территория, на которой допускается проживание при наличии мер, обеспечивающих снижение уровня облучения населения до установленных норм безопасности.

Воздействие радиоактивного загрязнения окружающей среды на людей в первые часы и сутки с момента аварии определяется внешним облучением от газо-аэрозольного облака и радиоактивных выпадений на местности, а также внутренним облучением в результате вдыхания радионуклидов из воздуха. В последующем в течение многих лет вредное воздействие и накопление дозы облучения будет обусловлено вовлечением в биологическую цепочку выпавших радионуклидов и употребление загрязненных продуктов питания и воды.

Для ликвидации аварий в первую очередь производится детальное обследование уровня загрязнения территории, проверяется степень загрязнения продуктов питания и фуража, устанавливается возможность их употребления. Защита населения реализуется проведением йодной профилактики и приемом радиопротекторов.

В период нормального функционирования РОО с целью профилактики, контроля и организации защиты персонала и населения производится заблаговременное зонирование территории вокруг объекта. Устанавливаются следующие зоны:

- зона экстренных мер защиты – территория, на которой доза внешнего облучения всего тела за время формирования радиоактивного следа не превышает 0,75 Гр или доза внутреннего облучения отдельных органов может превысить верхний предел, установленный для эвакуации – 2,5 Гр;

- зона предупредительных мероприятий – территория, на которой доза внешнего облучения всего тела за время формирования радиоактивного следа не превышает 0,25 Гр или доза внутреннего облучения отдельных органов может превысить верхний предел, установленный для укрытия населения и йодной профилактики – 0,9 Гр;

- зона ограничений – территория, на которой доза внешнего облучения всего тела за время формирования радиоактивного следа не превышает 0,1 Гр, в внутреннего облучения – 0,3 Гр.

С цель профилактики возникновения аварий на РОО необходимо проведение следующих мероприятий:

· выполнение всех требований безопасности на этапах проектирования, строительства и модернизации действующих РОО;

· строжайший контроль за безопасностью эксплуатации РОО со стороны государственных и международных организаций;

· качественная подготовка персонала РОО, регулярное повышение его квалификации (систематические тренировки на специальных стендах и тренажерах);

· готовность средств защиты, систем безопасности, РСЧС, формирований ГО к работе в очагах поражения в установленный срок.