Основні відмінності аварій на АЕС від ядерних вибухів,- Аварії з викидом радіоактивних речовин

Безпека життєдіяльності

3. БЕЗПЕКА ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ

3.3. Аварії з викидом радіоактивних речовин

3.3.2. Основні відмінності аварій на АЕС від ядерних вибухів

Аварії на АЕС мають значні відмінності від ядерних вибухів.

Розмір та конфігурація зони зараження

Ядерний вибух триває відносно короткий час. Радіоактивне зараження місцевості відбувається у порівняно вузькому напрямку, залежно від сили в момент вибуху вітру. Розмір зони зараження визначається потужністю вибуху та, в основному, швидкості

вітру. Розмір такої зони можна прогнозувати.

Аварія на АЕС характеризується більшою тривалістю викидів (залежно від часу ліквідації аварії). За цей час напрямок вітру може змінюватися. Тому розмір і конфігурацію зони практично неможливо ні прогнозувати, ні розраховувати (при аварії на ЧАЕС основні викиди тривали 10 днів, викиди меншої інтенсивності – ще 22 дні). Крім того, при аваріях на АЕС виникають дрібнодисперсні аерозолі розміром 0,5 – 3 мкм, в той час як при ядерному вибуху – великодисперсні розміром понад 60 мкм.

Аерозолі, що виникають під час аварій на АЕС здатні тривалий час перебувати

у зваженому стані та поширюватися під впливом вітру на великі відстані. Аерозолі ядерного вибуху перемішаються з частками грунту і порівняно швидко (8 – 10 год.) осідають на землю. Ці фактори призводять до того, що зона радіоактивного зараження при аваріях на АЕС значно перевищує область зараження, що виникає під час ядерного вибуху.

При аварії на ЧАЕС створилася зона зараження площею понад 28 тис. км2, на якій проживає понад 1 млн. осіб. Слід радіоактивної хмари спостерігався за декілька тисяч кілометрів (Китай, США). Спочатку поширенення радіоактивної хмари відбувалося в західному та північному напрямках, потім у північному, наступні декілька днів – у південному напрямку. Забруднені повітряні маси розповсюдились на значні відстані по території Білорусії, України та Росії, а також за межами СРСР. Через 15 днів рівень гамма – фону 5 мР/год. був зафіксований на відстані 50 – 60 км на захід і 35-40 км на північ від АЕС. У Києві рівень радіації збільшився на декілька десятих мР/год.

Усього в тією чи іншою мірою забрудненими радіонуклідами виявилися 1 і областей, в яких проживало 17 млн. чоловік. Сліди радіоактивних речовин були виявлені у Швеції, Польщі, Англії та інших країнах.

Радіонуклідний вміст викидів

Атомні електростанції проектувалися та будувалися з високою надійністю. Вчені мали надію отримати джерело електроенергії. абсолютно безпечне в експлуатації. Теоретично ймовірність аварій становить 1,7х107 (за розрахунками німецьких вчених), 1,7×106 (за розрахунками шведських вчених).

При всій своїй потенційній небезпеці атомна енергетика екологічно чистіша, ніж теплова. Звичайні електростанції у 100 разів більше, ніж атомні, забруднюють навколишнє середовище викидами, у тому числі й радіоактивними (ізотопи урану, торію, калію). У вугіллі, наприклад, міститься ізотоп вуглеводню, який при спалюванні надходить в атмосферу. У цілому радіоактивне забруднення від теплових електростанцій значно більше, ніж від атомних.

При спалюванні вугілля, нафти, газу щорічно викидається в атмосферу 200 – 250 млн. т попелу та близько 60 млн. т сірчистого ангідриду. Щодо розрахунків вчених, то до 2100 р. ці викиди можуть зрости до 1,5 млрд. т. та 400 млн. т. відповідно. Сірчистий газ викликає “кислотні дощі”, а висока концентрація вуглекислого газу і метану може викликати парниковий ефект та спричинити значне потепління клімату.

Атомні електростанції для людей, які живуть поблизу, становлять ризик – можна отримати дозу опромінення більше 60 мбер. за рік. Це, безумовно, небезпечна величина опромінення.

Таким чином, порівняно з традиційними технологіями виробництва електроенергії, атомна енергетика дає можливість отримати чистіше виробництво.

У світі побудовано та функціонує 458 АЕС (1991 p.). Ядерна енергетика забезпечує виробництво 16% світового електропостачання (1987 р.). В деяких країнах частка електроенергії, яку виробляють АЕС, достатньо велика: Франція – 70%, Бельгія – 67%, Швеція – 50%, Канада – 14,7%, США – 16,6%,СРСР – 12% (всі дані 1987 – 1988 p.).

Практично за час експлуатації АЕС відбулися три значні аварії:

– – 1961 р. – в Айдахо-Фолсі (в реакторі відбувся вибух), США;

– – 1979 p. – на АЕС “Тримайл-Айленд” у Гарисберзі, США;

– – 1986 p. – на Чорнобильській АЕС в Україна.

Отже, практично ймовірність аварій на АЕС становить один раз на 10 років. Усього ж за час існування атомної енергетики зареєстровано майже 800 різноманітних подій на АЕС різного ступеня з різноманітними наслідками, з викидом радіоактивних речовин – 296.

Постраждало від аварій 136675 осіб (Чорнобиль – 135 тисяч осіб), смертельних випадків від радіації – 69 (за іншими даними, лише у Чорнобилі загинуло понад 8 тис. чоловік).

Ядерний вибух характеризується надвеликою швидкістю реакції та виникненням спалаху нейтронів величезної активності. Крім того, після вибуху виникають продукти поділу, серед яких більшість – коротко живучі. Пояснюється це тим, що під час ядерного вибуху викидаються РР у момент їх утворення.

Ядерні реакції на АЕС мають певні особливості. Ядерним паливом на АЕС є уран – 238, малозбагачений ураном – 235 (на 1 т. двоокису урану – 238 додається 20 кг ядерного палива урану – 235). Всього в один реактор завантажується 180 т. урану.

У ядерних реакторах АЕС процес відбувається тривалий час (роки). На ЧАЕС до моменту аварії реактор експлуатувався майже три роки. Тому у відпрацьованому паливі міститься більше довгоживучих елементів: плутонію – 239, стронцію – 90, цезію тощо.

Всі радіонукліди, які при аваріях АЕС можуть забруднити навколишнє середовище, умовно розбиваються на три групи:

– – благородні гази – ізотопи криптону і ксенону з періодом напіврозпаду від декількох годин до кількох діб;

– – леткі речовини – ізотопи йоду, цезію і церію з періодом напіврозпаду (крім цезію) від декількох годин до декількох сотень діб;

– – нелеткі довгоживучі речовини – ізотопи плутонію і стронцію з періодом напіврозпаду до сотень років.

При аварії на ЧАЕС у викидах із аварійного реактора було виділено 23 основні радіонукліди. Спочатку найбільшу небезпеку становив йод – 131. Хоча його період напіврозпаду становить менше ніж 8 діб, він дуже активно засвоюється живими організмами, потрапляючи всередину з харчовими та накопичуючись там.

З часом велику небезпеку почав становити цезій – 134 (період напіврозпаду – 2 роки) та цезій – 137 (30 років), стронцій – 90 (28 років), плутоній – 39(20 000 років). Небезпечний вміст цезію у м’ясі овець виявився навіть в Англії через 15 місяців після катастрофи у Чорнобилі.

Таким чином, вміст радіонуклідів аварійних викидів з реакторів АЕС характеризується відносно великою кількістю довгоживучих ізотопів.

Зміна активності радіоактивних речовин. Порівняємо активності РР, які виникають під час ядерного вибуху (1 Мт) та аварії ядерного реактора потужністю 1 ГВт.

У перший момент радіоактивність ядерного вибуху приблизно у 100 разів вища, ніж РР ядерного реактора. Через декілька діб вони вирівнюються, а потім протягом довгого часу (місяці та роки) радіоактивність РР аварійних викидів з ядерних реакторів істотно перевищує радіоактивність продуктів розпаду ядерного вибуху.

Так, через рік радіоактивність викидів АЕС приблизно у 10 разів, а через 5 років у 100 разів перевищує радіоактивність продуктів ядерного вибуху. Відповідно змінюється й рівень радіації зараженої місцевості.

Загалом рівень радіації зменшується згідно з наведеною нижче формулою:

Р – рівень радіації в момент І після вибуху; Ро – рівень радіації через будь-який час t після вибуху; n – показник степеня, величина якого залежить від вмісту радіонуклідів.

Величину n можна визначити експериментально, виконавши два вимірювання радіації Р1, та Р, для часу t1 та t2.

Для ядерних вибухів n = 1,2, для аварії на ЧАЕС n = 0,1. Графіки показують зміну рівнів радіації на місцевості, зараженій під час ядерного вибуху та при аваріях на АЕС.

Для ядерного вибуху рівень радіації зараженої місцевості зменшується за принципом 7 – 10 (за 7 днів у 10 разів), а для аварій на АЕС – за принципом 7 – 2 (за 7 днів у 2 рази, точніше 2,2). Ця залежність справедлива для сукупності радіонуклідів. Після розпаду основної їх маси спад активності радіації буде визначатися найживучішими ізотопами. Таким ізотопом для викидів АЕС є цезій – 137 (30 років). Частка ізотопів стронцію – 90 і плутонію – 239 відносно невелика.

Для аварії на ЧАЕС сумарний вплив основної маси ізотопів буде тривати близько 10 років, після чого рівень радіації визначатиметься цезієм – 137. Практично у 30 кілометровій зоні рівень радіації становив:

– – 1 липня 1986 р. – 6 мР/год.;

– – 1 липня 1987 р. – 0,6 мР/год.;

– – 1 липня 1991 р. – 0,26 мР/год.;

– – у 1996 р. очікується 0,2 мР/год.

Можна орієнтовно оцінити, яку дозу опромінення отримає населення внаслідок тривалого проживання на забрудненій місцевості. Людина, яка поселиться у цій зоні, через 10 років після аварії за 60 років життя може отримати таку дозу опромінення:

Таким чином, тривале проживання на зараженій після чорнобильської аварії місцевості буде неможливе й через десятки років (без дезактивації місцевості).

Порівняння наслідків ядерних вибухів і аварій на АЕС показує, що через невеликий проміжок часу після вибуху його наслідки істотно більші, але іноді завдана шкода від аварій на АЕС зменшується значно повільніше.