Аварии на АЭС

Введение

Может ли АЭС выйти из под контроля и взорваться как атомная бомба? На этот вопрос специалисты дают однозначный ответ – нет. Атомные бомбы и реакторы на тепловых нейтронах имеют принципиальное отличие. В атомной бомбе применяется почти абсолютно чистый уран-235 или плутоний-239. Для того чтобы произошел взрыв, отдельные «куски» этих делящихся материалов должны быть быстро соединены для образования критической массы взрыва. В реакторе атомной станции используется топливо, содержащее лишь малую часть урана-235. Более того, эта малая доза распределена в большом объеме неделящегося топлива, которое в свою очередь, распределено по конструкционным элементам реактора. Таким образом, случайное сжатие невозможно. Например, Чернобыльская авария произошла в результате развития неуправляемой самоподдерживающейся цепной ядерной реакции, однако скорость выделения энергии и ее масштаб не соответствовали параметрам ядерного взрыва. По радионуклидному составу выброшенная из реактора активность была гораздо сложнее, чем состав продуктов мгновенного взрыва атомной бомбы. Выброс радионуклидов из жерла раскаленного реактора продолжался с различной интенсивностью более 10 суток, меняя направление и высоту подъема. В течение всего времени выброса направление ветра в слое от 0 до 1000 м изменилось на 360◦ .Смена метеоусловий, выпадение осадков привели к пятнистости радиоактивного загрязнения местности. Расположение источников излучения после взрыва на ЧАЭС либо вообще не поддается описанию, либо может быть описано очень приблизительно. При ядерном взрыве, который происходит в считанные доли секунды, границы следа радиоактивного облака изображают в виде эллипса, вытянутого по направлению ветра. Площадь радиоактивного заражения после аварии, по сравнению с площадью после ядерного взрыва гораздо меньше. В случае аварии на ЧАЭС, площадь с уровнем дозы 1 рентген\час составляла менее 10 квадратных километров , а при ядерном взрыве – сотни квадратных километров. Однако спад радиации после аварии на АЭС идет значительно медленнее, чем после ядерного взрыва.

После катастрофы на Чернобыльской  АЭС Международным агентством по атомной энергетике (МАГАТЭ) была разработана  Международная шкала событий  на АЭС (таблица ).

защита авария атомная станция радиация

Таблица: Международная шкала событий  на АЭС

В результате возможной аварии на АЭС с разрушением ядерного реактора радиоактивные вещества в виде паровоздушной  смеси выбрасываются на высоту до 2-3 км в течение нескольких суток. Облако выброса будет распространяться от АЭС по направлению ветра. В момент прохождения облака выброса и после него в результате радиоактивного загрязнения воздуха и местности люди будут подвергаться внешнему и внутреннему облучению в случаях попадания радиоактивных частиц с вдыхаемым воздухом, а также при употреблении загрязненных пищи и воды. За время прохождения облака люди, находящиеся на открытой местности, могут получить дозы внешнего облучения в пределах нескольких рентген.

При возникновении аварии на АЭС  с одним из энергоблоков, подобно  Чернобыльской, спад уровней радиации будет составлять:

- за 1-е сутки – в 2 раза;

- за 30 суток – в 5 раз;

- за 6 месяцев – в 40 раз;

- за год – в 85 раз.

Разработка мероприятий на случай аварии на АЭС с возможным выбросом в окружающую среду радиоактивных веществ в количествах, превышающих установленные пределы, является наиболее сложной и актуальной задачей. Выбор оптимальных мероприятий для ликвидации последствий радиационной аварии зависит от характера аварии, количества и вида выброшенных радионуклидов, географического расположения станции, хозяйственного использования территории, погодных условий на момент аварии и т.д. Эффективность мероприятий зависит от их своевременности. На АЭС заблаговременно должен быть разработан план мероприятий по радиационной безопасности на случай аварии. В этом плане предусматривают разные ситуации и учитывают наиболее вероятный состав выброшенных в окружающую среду радионуклидов.

Разработка мероприятий основывается на многолетнем опыте исследований по изучению закономерностей формирования доз облучения, миграции радиоактивных  изотопов, зависимостей доза-эффект и  рекомендациях соответствующих  нормативных документов МКРЗ, МАГАТЭ, ВОЗ, НКДАР при ООН, НКРЗ. Учитывается, имеющийся опыт ликвидации последствий аварий на АЭС (Три-Майл-Айленд в США. ЧАЭС и др.). В случае аварии очень важно как можно быстрее известить население о случившемся и дать инструкции о проведении дополнительных срочных мероприятий по защите от радиоактивных выпадений. В целях четкой организации работы службы радиационной безопасности и выполнения всего объема защитных мероприятий, адекватных для каждого конкретного периода времени после аварии выделяют три последовательных этапа развития аварии:

- начальный этап – период  угрозы выброса радиоактивных  веществ в окружающую среду  и первые часы после выброса;

- этап первичной ликвидации  последствий аварии – период  от первых нескольких суток  до месяца, когда предполагается, что большая часть выброса  уже совершилась и радионуклиды  осели на землю;

- этап проведения и завершения  работ по ликвидации аварии. В  этот период заканчивается дезактивация  территории станции и окружающей  местности, завершаются ремонтные работы на месте аварии, проводится комплекс гигиенических мероприятий, разрабатываются условия проведения сельскохозяйственных работ на территории с различным уровнем и характером загрязнения.

Эти этапы являются общими для всех аварий с выбросом радиоактивных  веществ в окружающую среду и  охватывают период времени от начала аварии до завершения работ по ее ликвидации. Конкретная радиационная обстановка каждого  этапа диктует проведение цикла  мероприятий, отличных друг от друга, например, чрезвычайно важных для первого  периода и совершенно бесполезных  для третьего периода, и наоборот.

Радионуклидный состав выбросов зависит от типа реактора и вида аварии. При расчете опасности должно быть учтено, какая часть компонентов активной зоны предположительно выброшена, какова высота факела и продолжительность выброса. Последняя может варьировать от нескольких минут до нескольких суток. Для большинства возможных аварий выброс наиболее значительной доли радиоактивных продуктов произойдет в течение первого часа аварии. Если выброс будет длительным и продолжиться несколько суток, большая часть радиоактивный продуктов будет выброшена в первый день, но могут быть пики выбросов с разной периодичностью. При длительных выбросах изменение метеорологических условий может изменить характер загрязнения местности и под воздействием ионизирующего излучения могут оказаться люди, которые не были облучены в первый период развития аварии. Это обуславливает также пятнистый характер загрязнения территории разными радионуклидами.

Воздействие на людей при аварии на АЭС может происходить различными путями, включая:

- внешнее облучение от радионуклидов,  облака и активности, осевшей  на землю;

- внутреннее облучение при вдыхании  активности, выпадающей из облака, а также радионуклидов, вторично  попавших в воздух с ранее  загрязненных участков поверхности;

- внутреннее облучение при потреблении  загрязненных пищевых продуктов  и воды.

Важно оценить поглощенную дозу и значимость в оценке риска пере облучения каждого из этих трех путей. Внешнее γ – облучение от благородных  газов, йода, продуктов распада приводит к общему облучению во время прохождения  облака. Внешнее облучение от радиоактивных отложений на поверхности земли может быть длительным при наличии в составе выпадений долгоживущих продуктов распада, таких как цезий-137, цезий-134, барий-140, рутений-106 и др. Внутреннее воздействие, происходящее при вдыхании радионуклидов из облака, приводит к облучению, в первую очередь, носоглотки, верхних дыхательный путей, легких, а также желудочно-кишечного тракта и других органов и тканей. Внутреннее воздействие может иметь место при употреблении загрязненной пищи и воды. Если выброс произошел в вегетационный период, пищевой путь поступления радионуклидов, как правило, приобретает решающее значение. Особенно быстро и в больших количествах может происходить поступление радиоактивного йода с молоком и молочными продуктами, если авария произошла в пастбищный период содержания скота. Необходимо отметить, что поступления йода-131 с молоком играют во много раз большее значение, чем его поступление ингаляционным путем с атмосферным воздухом. Радиоактивные вещества, поступающие в организм пищевым путем, представляют собой радионуклиды, осевшие непосредственно на продуктах, растениях или, спустя один-два месяца усвоенные растениями из почвы. Вода открытых водоемов также может подвергнуться загрязнению в результате возникновения осадков на водоемах, а также поверхностного стока и поступления фильтрационных вод с близлежащих участков загрязненной почвы. Такой вид воздействия может оказывать влияние на большие группы населения, которые могут жить далеко от места аварии и не подвергаться облучению другими путями. Плохо оборудованные грунтовые колодцы также могут существенно загрязниться. Хорошо защищены, как правило, лишь артезианские воды.

Таким образом, основными видами воздействия, которые могут иметь место  при авариях на АЭС, являются следующие: общее внешнее и внутреннее облучение  с равномерным или преимущественным облучением щитовидной железы, верхних  дыхательных путей, легких, кожи, печени, желудочно-кишечного тракта, костного мозга. Каждый из этих видов воздействия может преобладать в зависимости от состава радионуклидов в выбросе. Опасность переоблучения может увеличиваться в основном по мере того, как выбросы благородных газов сменяются выбросами летучих и нелетучих продуктов распада. Дозы облучения населения должны рассчитываться с учетом возможного внешнего γ – и β –облучения, попадания радиоактивных веществ при дыхании, возможного потребления загрязненной питьевой воды, продуктов питания (молоко, овощи, ягоды, мясо) и т.д.

Радиологические критерии, которые  должны быть использованы для планирования защитных мероприятий, сводятся к недопущению  детерминированных (закономерных) эффектов (развитие острой или хронической  лучевой болезни, лучевые поражения  кожи, слизистых оболочек, легких, глаз и т.д.) и к уменьшению риска  развития стохастических (случайных) эффектов у населения (опухоли, лейкозы, генетические дефекты). При малых дозах риск, как правило, обусловлен вероятностью развития только стохастических эффектов, а при больших дозах – детерминированных.

После крупной аварии на АЭС (например, Чернобыльская АЭС) источником доз, которые могут вызвать детерминированные  эффекты (более 1 Грея) могут быть выбросы  на промышленной площадке и в реакторном зале, внешнее воздействие облака и его выпадений, внутреннее воздействие  ингалированных радиоактивных веществ, а также поступление йода-131 и других радионуклидов пищевым путем с воздействием на щитовидную железу и желудочно-кишечный тракт.

Особое внимание при оценке радиационной опасности при авариях на АЭС  приобретают радиоактивные изотопы  йода. Биологическая значимость радионуклидов  йода связана с тем, что йод  относится к числу важных биоэлементов. Он быстро включается в пищевые цепи, появляется в молоке на второй день после выброса. Радиоизотопы йода, поступая в организм, включаются в те же метаболические процессы, что и стабильный йод. Основное его количество (около 30%) поступает  в щитовидную железу, имеющую небольшую  массу, особенно у детей. Это приводит к формированию больших доз облучения прежде всего у детей младшего возраста, а также у плода. Существенное значение имеют поступившие в организм даже относительно небольшие количества (3,7 кБк) йода, приводящие к дозам облучения щитовидной железы в несколько грей. При таких дозах уже можно ожидать незначительного снижения функциональной активности железы. А облучение щитовидной железы в дозах нескольких десятков грей, приводит к существенному угнетению функциональной активности органа, высоким становится риск возникновения опухолей.

Рассмотренные выше особенности радиационной опасности при аварии на АЭС определяют целый комплекс профилактических, защитных и гигиенических мероприятий, которые  должны осуществляться с учетом величины и конкретного этапа развития аварии.

Если авария тяжелая и мощность дозы внешнего излучения от отложений  на почве и растительности в некоторых  участках вблизи АЭС высокая или  если дождь осадил большую часть  активности, то принимается решение  о немедленной эвакуации населения. При малых уровнях мощностей  доз требуется больше времени  для оценки ожидаемых поглощенных  доз на период жизни с учетом всех факторов (включая дезактивацию), влияющих на миграцию радиоактивных веществ.

Правила действия населения при  возникновении радиационной опасности

На начальном этапе ликвидации последствий аварии на АЭС проводится оповещение населения о радиационной опасности. Населению рекомендуется  укрыться в жилых домах или  убежищах. Важно знать, что стены  деревянного дома ослабляют ионизирующее излучение в 2 раза, а кирпичного – в 10 раз. Заглубленные укрытия (подвалы, погреба) еще больше ослабляют дозу облучения: с деревянным покрытием в 7 раз, с кирпичным или бетонным в 40-100 раз. Необходимо принять меры защиты от проникновения в дом радиоактивных веществ с воздухом: закрыть окна и форточки, герметизировать дверные проемы и оконные рамы мокрой бумагой или тканью. В г. Припяти, который расположен в нескольких километрах от Чернобыльской АЭС, в квартирах, где были плотно закрыты окна и форточки в течение всего первого периода аварии, вещи не были загрязнены радиоактивными выпадениями. Рекомендуется сделать запасы питьевой воды и продовольствия, которые следует хранить в пыле- и водонепроницаемых емкостях. Хотя внешняя поверхность такие емкостей может оказаться загрязненной радиоактивными веществами, все же большую часть их можно удалить перед открыванием емкостей путем смывания.

Среди мероприятий по сокращению поступления  радиоактивных веществ в организм человека важное место отводится  использованию средств защиты органов  дыхания. Для этой цели, в первую очередь, применяются такие простые  средства, как ватно-марлевые повязки, противопылевые тканевые маски, а также носовые платки, полотенца, предметы одежды, с помощью которых можно прикрыть рот и нос. Защитная эффективность этих материалов может быть повышена если смочить их водой. Более сложные средства защиты органов дыхания (респираторы, все типы фильтрующих противогазов) обязательно используются специальными группами, участвующими в операциях по ликвидации аварии.