Техногенные чрезвычайные ситуации

ЧРЕЗВЫЧАЙНАЯ СИТУАЦИЯ РАДИАЦИОННОГО ХАРАКТЕРА

В результате радиационной ЧС образуются зоны загрязнения.

Зоной ЧС радиационного характера называют территорию, в пределах которой в результате аварии на радиационноопасном объекте (РОО) происходит радиоактивное загрязнение (РЗ), вызывающее облучение людей выше допустимых норм. Различают радиационную и ядерную аварию (РА, ЯА).

Радиационной аварией (ЧС) называют опасное событие, вызванное частичным или полным вскрытием работающего реактора, в результате которого в воздух выносится парогазовая и твердая фазы, зараженные радионуклидами (РН).

Ядерной аварией (ЧС) называют опасное событие, неконтролируемое течение цепной реакции в ядерном реакторе (возникновение локальных очагов критичности), приводящее к повреждениям в активной зоне и выбросу РН.

Исходя из опыта радиационных ЧС, причины связаны с конструктивными недостатками (низкий запас реактивности) и ошибками операторов. Главными источниками радиоактивного загрязнения являются АЭС, предприятия ядерного цикла, корабли с ЯЭУ и космические аппараты. В процессе цепной ядерной реакции в реакторах накапливаются радиоактивные изотопы: короткоживущие (I¹³¹, Хе¹³³, Кг⁸⁵), среднеживущие (Се¹⁴⁴, Y⁹¹, Cs¹³⁴) и долгоживущие (Cs¹³⁷, Sr⁹⁰, Pu²³⁹), которые являются источниками облучения и загрязнения. Один из вариантов деления урана-235 показан на схеме:

₉₂U²³⁵ +₀u’ ₉₂U^23˚₅₅Сs¹³⁷ +₃₇Rb⁹⁷ + 2₀n’ + γ + Е.

Приняты несколько видов классификаций РА. Наиболее распространена классификация по МАГАТЭ (в зависимости от общей активности выбросов): 1-3 уровни (происшествия); 4 – авария в пределах АЭС; 5 – авария с риском для окружающей среды; 6 – тяжелая авария (г. Виндскейл, Англия, 1957 г.); 7 – глобальная авария (ЧАЭС, СССР, 1986 г.).

Таблица 53

Характеристика зон радиоактивного загрязнения

Наимено-вание зон	Доза излучения за 1-й год после аварии, Д1г, рад.	Мощность дозы на 1 час после аварии Р1ч. рад/ч.	Длина / ширина зон (для т = 10% и, = 5 м/с, изо-термия – Д), км
Внешняя граница	Середина зоны
М			0,014	217/18
А			0,14	75/4
Б			1,4	18/0,7
В			4,2	6/0,2
Г				Нет

Примечания: 1. Реактор РБМК-1000. 2. В зоне М пребывание населения ограничено. Для производственного персонала проводятся мероприятия по радиационной безопасности. При попадании объекта в зоны А → Г производственная деятельность прекращается, население и персонал эвакуируется. 3. При 30% выброса зона Г образуется с L/B ≈ 17,6/0,7 км. 4. Расчет размеров зон для других значений «т» и υ_в, ведется по формулам:

Возможны аварии АЭС без разрушения активной зоны (A3). При этом радиоактивное загрязнение происходит за счет выброса парогазовой фазы с короткоживущими РН. Высота выброса 100-200 м, время до 30 мин. Авария с разрушением A3 характеризуется мгновенным выбросом части содержимого реактора на высоту до 1 км в результате теплового взрыва. Далее происходит истечение струи газа при горении графита с периодическими взрывами. Высота истечения до 200 м, время – до момента окончательной герметизации реактора (несколько суток). Например, на ЧАЭС было два выброса: 26.04 и 6.05.86 г., а время герметизации до 15 суток. Характер радиоактивного загрязнения зависит от типа реактора, продолжительности его работы, процента выброса (т) и метеоусловий. Поэтому зоны РЗ имеют свои особенности: длительность загрязнения, сложность конфигурации границ, «очаговый» характер зон и высокие уровни радиации. Например, при аварии ЧАЭС уровни радиации на реакторе составляли Р = 20-34 тыс. Р/ч, у реактора Р ≈ 400-100 Р/ч, общая активность выбросов равнялась А = 3,5 • 10¹⁸ Бк. РВ, входящие в атмосферу, находятся в мелкодисперсном состоянии (δ = 0,5-3 мкм), поэтому распространяются на большие расстояния, образуя зоны РЗ слабого, умеренного (А), сильного (Б), опасного (В) и чрезвычайно опасного загрязнения (Г). Характеристики зон показаны в таблице 53.

Изменение уровня радиации, дозы облучения и времени достижения допустимого уровня радиации ориентировочно определяются по формулам:

гдеP_t, Р_изм. – уровень радиации на время t и t_изм. после аварии, рад/ч.; Р_воп. – допустимый уровень радиации, мрад/ч. (Р_доп. =0,7 мрад/ч).

Расчет уровней радиации и доз внешнего облучения производится на любое время (жизни) работы в зоне: рабочая смена, сутки, 10 сут., 1 год. Суммарная доза облучения складывается из доз внешнего и внутреннего облучения, которые в первый год после аварии на АЭС равны, и определяется по формуле: D_Σ = 2D.

Федеральный закон «О радиационной безопасности населения» от 05.12.1995 г. в ст. 9 установил дозовые нагрузки (пределы облучения) для персонала и населения в условиях радиоактивного загрязнения (вводятся 1.01.2000 г.). Например, для производственного персонала годовая эффективная доза равна 20 мЗв (2 бэра) и за период трудовой деятельности (50 лет) – 1000 мЗв (100 бэр); для населения Д_{1 год} = 1 мЗв (0,1 бэр) и пожизненная доза (70 лет) – 70 мЗв (7 бэр).

Приведенные значения дозовых пределов не включают дозы ионизирующих излучений, создаваемые естественными и медицинскими источниками. При дозах облучения, превышающих указанные значения, рекомендуется отселение людей. Однако при целесообразной необходимости дозовые нагрузки могут быть увеличены. После крупной аварии через 2-3 года происходит самораспад большинства РН и доза облучения будет определяться долгоживущими нуклидами (цезий, стронций, плутоний).

где Рцзм. ⁼ 0,12 N рад/год, N – степень загрязненности поверхности, Ки/км²; Т – период полураспада РН (Cs¹³⁷, Т = 30 лет); t_н, t_к – время начала и окончания проживания в данном районе (после аварии), года; К_осл. – коэффициент ослабления различных сооружений и техники. Для сельской и городской местности принят соответственно равным 4,8.

Доза внутреннего облучения при длительном проживании на загрязненной территории составляет 0,5 бэр/год (при N = 5 Ки/км²), при других значениях «N» годовая доза равна N/5. Суммарная доза облучения составит:

D_Σ = Д_внеш. + D_внутр..

Особенности радиоактивного загрязнения лесных массивов. Лес является аккумулятором РН. Наиболее радиочувствительными являются хвойные породы деревьев (сосна, ель, кедр), более устойчивы лиственные породы. Однако последние значительно сильнее загрязняются. По истечении определенного времени происходит самоочищение леса: за 1,5-2 года самоочищаются лиственные леса, за 3-4 года – хвойные. В последующем вся активность сосредоточивается в почве на глубине до 5 см (Cs¹³⁷; Sr⁹⁰).

Лесоустроительные работы запрещаются в зонах с N > 5 Ки/км², запрещается сбор дикорастущих (ягод, грибов) и пастьба молочного скота. После радиационной аварии на территории устанавливается режим радиационной защиты (по P_{1 год}, К_осл.) и регламентируется проживание с целью недопущения внешнего и внутреннего за первый год облучения выше 50 мЗв (0,5 бэр).

Устанавливаются 4 зоны загрязнения по статусу проживания:

- зона радиационного контроля, Д_эф = 1-5 мЗв/год (0,1-0,5 бэр/год), N = 1-5 Ки/км²;

- зона ограниченного пребывания, Д_эф = 5-20 мЗв/год (0,5-2 бэр/год), N = 15-40 Ки/км;

- зона добровольного отселения, Д_эф = 20-50 мЗв/год (2-5 бэр/год), N = 15-40 Ки/км²;

- зона отселения, Д_эф > 50 мЗв/год (> 5 бэр/год), N > 40 Ки/км².

Прогнозирование и оценка радиационной обстановки производится с целью определения масштабов Р_з и определения степени влияния его на безопасность жизнедеятельности населения и производственную деятельность объектов экономии.

Методика включает (табличный вариант):

1) Определение исходных данных (координаты АЭС; долю выброшенного РВ – т%; электрическая мощность реактора – W, МВт; скорость ветра – V_в, состояние облачности, коэффициент ослабления – К_осл., расстояние до объекта – R, км; время аварии – t_ав продолжительность облучения – Т_обл.).

2) Определение степени вертикальной устойчивости атмосферы – СВУА. СВУА = f (V_d, облачности) инверсия – F, изотермия – Д, конвекция – А. Например, для m = 10%, V_b = 5 м/с ночью, при отсутствии облачности, СВУА – изотермия (Д).

3) Определение мощности дозы на 1 час после аварии. Для г. Санкт-Петербурга P_{1 час.} = 0,196 рад/ч (на R = 60 км).

4) Определение коэффициента электрической мощности реактора (K_w), K_w = w x m x n x 10^-4 МВт, где n – число реакторов.

5) Определение коэффициента К_у, характеризующего уменьшение уровня радиации, при удалении объекта от оси следа облака К _у = f (R, у).

6) Определение времени начала формирования следа облака, час. t_ф = f (СВУА,R).

7) Определение коэффициентов:К_t, учитывающий спад уровня радиации; К_d, учитывающий увеличение дозы облучения от времени: K_t = f (t_изм., t_aв); К_d = f(t_нач., T_обл.).

8) Определение дозы облучения от проходящего облака. Д_обл., рад. Д_обл. =f (R, СВУА).

9) Определение дозы облучения людей за Т_обл. на открытой местности: Д = P_{1 час.} х К_у х K_t х К_w x К_д.

10) Определяем суммарную дозу облучения в помещении:

11) Выполнение мероприятий и целесообразных действий по защите.

Действия населения по защите

По сигналу оповещения «Внимание всем! Радиационная опасность» и речевой информации население и персонал объекта должны:

- использовать средства индивидуальной защиты (противогаз, респиратор, ватно-марлевые повязки);

- укрыться в здании, лучше в собственной квартире, загерметизировать окна, двери, вентиляционные отверстия, укрыть продукты и запас питьевой воды;

- провести иодизацию семьи (KJ или 4-5 капель йода на стакан воды для взрослого и 1-2 капли на 100 г воды для детей);

- помещение покидать только по команде властей при эвакуации (отселении). При этом необходимо использовать средства защиты органов дыхания и кожи.

ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ ХИМИЧЕСКОГО ХАРАКТЕРА

Зоной (очагом) ЧС химического характера называют территорию, в пределах которой в результате выброса опасных химических веществ (ОХВ) или применения химического оружия происходит массовое поражение людей, животных и растительности.

Сильнодействующие ядовитые вещества (СДЯВ) – это наиболее опасные (1, 2 класс токсичности) для человека и окружающей среды вещества, входящие в атмосферу при авариях на производстве и транспорте (34 наименования). Источниками СДЯВ являются химическая, нефтегазовая промышленность, а также предприятия по производству пластмасс, удобрений, целлюлозы, водоочистные и холодильные установки. Объекты экономики по степени химической опасности (т. е. по количеству людей, попадающих в зону химического заражения) делятся на 4 класса: 1 класс(> 75 тыс. человек); II – 40-75 тыс. человек; III – < 40 тыс. человек; IV – зона заражения в пределах санитарно-защитной зоны.

По физиологическому воздействию на организм человека СДЯВ делят на 7 групп: удушающие с прижигающим эффектом (хлор, фосген); общеядовитые (окись углерода, синильная кислота); удушающе-общеядовитые (сероводород, сернистый ангидрид, окислы азота); нейротропные (ртуть, фосфорорганические, гентил, сероводород); метаболические яды (окись этилена), удушающе нейротропные (аммиак); наркотические (формальдегид, хлористый метил); нарушающие обмен веществ (диоксин).

Способность СДЯВ поражать человека называют токсичностью. Количественно токсичность оценивается токсической дозой (Д) Д = с · t мг. мин/л, где с – концентрация, мг/л (м³), t – экспозиция, мин. Различают пороговую, поражающую и смертельную токсодозы. (Д_порог, Д_п, Д_см). При ингаляционном поражении применяют: средне-смертельную Ct₅₀ и средне-выводящую из строя (потеря трудоспособности) токсодозу, Ict₅₀ и средне-пороговую (начальные признаки поражения) токсодозу PCt₅₀, вызывающие соответственно смерть, поражение или признаки поражения у 50% людей. Степень воздействия СДЯВ кожно-резорбтивного действия оцениваются средней токсодозой LД₅₀, IД₅₀, РД₅₀, выраженной в количестве вещества на единицу массы человека (мг/кг). Концентрации и ПДК используются для оценки химической безопасности производства в повседневных условиях, токсодозы – в аварийных (чрезвычайных) ситуациях. Поражающие (пороговые) токсодозы наиболее распространенных СДЯВ: хлора, фосгена, синильной кислоты, сернистого ангидрида и аммиака соответственно равны 1 (0,6); 1,2 (0,2); 1,2 (0,6); 24 (1,8) 60 (18) мг · мин/л.

Формирование очага химического поражения зависит от метода хранения, количества и типа СДЯВ, метеоусловий, характера местности, расстояния до жилой зоны. СДЯВ хранятся в резервуарах под давлением, изотермических резервуарах (при низкой температуре) и температуре окружающей среды.

При аварийном выбросе вещества образуется первичное или вторичное облако, либо сразу то и другое. Первичное облако образуется в результате мгновенного перехода в атмосферу части СДЯВ; вторичное – при испарении после разлива СДЯВ. Только первичное облако образуется, если СДЯВ представляет собой газ (СО, NH₃); только вторичное, когда СДЯВ – высококипящая жидкость (гептил). Оба облака образуются, если вскрывается изотермический резервуар. Проведение облака СДЯВ в воздухе зависит от его плотности по отношению к воздуху, концентрации и СВУА. Хлор, сернистый ангидрид тяжелее воздуха, поэтому и облако распространяется по ветру, прижимаясь к земле (у аммиака наоборот). Первичное облако распространяется дальше, чем вторичное, но действует кратковременно – в момент прохождения через объект. Продолжительность действия вторичного облака определяется временем испарения и устойчивостью атмосферы, но концентрация СДЯВ в 10-100 раз ниже, чем в первичном облаке. В городах наблюдается распространение облака по магистральным улицам к центру, проникая во дворы, тупики. Некоторые СДЯВ взрывоопасны (окислы азота, аммиак); пожароопасны (фосген, хлор); при горении могут давать более опасные вторичные вещества (сера – сернистый ангидрид; пластмассы – синильную кислоту; герметики – фосген и т. д.). Для выявления целесообразных действий по защите от СДЯВ производится прогнозирование и оценка химической обстановки, которая включает:

1) Определение исходных данных (объем хранилища СДЯВ, V, м³; физико-химические свойства вещества; время после аварии, na, час, расстояние до объекта, L).

2) Определение размеров района аварии (R_A):

- для низкокипящихСДЯВ:

– для высококипящих:

где Q₀ – количество вылившегося вещества, т.

3) Определение степени вертикальной устойчивости атмосферы СВУА. Различают инверсионно-нисходящие потоки воздуха, способствующие увеличению концентрации СДЯВ в приземном слое; конвекцию – восходящие потоки воздуха, рассеивающие облако; изотермию – безразличное состояние атмосферы, наиболее часто встречающееся в реальных условиях, СВУА = f (V_в, облачности, времени суток). Определяется по таблицам [III. 9].

4) Выбор и определение поправочных коэффициентов, учитывающих: условия хранения (К₁ = 0,01-0,2); физико-химические свойства (К₂ = 0,02-0,06); токсодозу (К₃ = 0,01-3,0); скорость ветра (К₄ = 1-4); метеоусловия для первичного облака (К₅ = 1; 0,23; 0,08); время после аварии (К₆ = 1-3); температуру воздуха (К₇ = 0,1 ÷ 1,0) и метеоусловия для вторичного облака (K₈ = 0,081 – инверсия, 0,133 – изотермия, 0,235 – конвекция).

5) Определение количества выброшенного СДЯВ для сжатых газов и газопроводов:

где р – плотность вещества, т/м³.

6) Определение эквивалентного количества СДЯВ, прошедшего в первичное и вторичное облако

где h – высота слоя жидкости.

7) Определение глубины зоны возможного заражения первичным (Г₁) и вторичным (Г₂) облаком. Полная глубина равна Г = Г' + 0,5Г", где Г', Г" – наибольший и наименьший размеры первичного и вторичного облака.

8) Определение площади фактического и возможного заражения: ; S_в = 8,75 · 10^-3 · Г²φ [км²], где φ – угловые размеры зоны заражения, град.

9) Определение времени подхода облака к объекту:

,

где Vn - скорость переноса облака (V_n = 1,5-2 Vв), км/ч.

10) Определение времени поражающего действия вторичного облака:

[ч].

11) Нанесение зон заражения на карту:

- при V_в < 0,5 м/с зона заражения в виде круга, φ = 360°;

- при V_в = 0,6-1 м/с (φ = 180°);

- V_в = 1-2 м/с (φ = 90°);

- при V_в > 2 м/с (φ = 45°).

12) Определение возможных потерь производится по таблицам [III. 9] или аналитически:

- безвозвратные N_см = N^уд._см Q₀ [чел.],

- санитарные N_сан = (3 - 4) N_см.

N^уд._см = 0,5 чел/т (фосген, хлор), N^уд._см =0,2 чел/т (сернистый ангидрид, сероводород).