Аварии на радиационно-опасных объектах, типы аварий, зоны радиационного заражения

Введение

Целью данной работы является рассмотрение аварий на радиационно-опасных объектах, их типов и последствий.
Радиационно-опасные объекты – объекты, на которых хранятся, перерабатываются, используются или транспортируются радиоактивные вещества, при аварии на которых или при их разрушении может произойти массовое радиационнре поражение.
Радиационная авария – авария на радиационно-опасном объекте (АЭС, предприятиях ядерного топливного цикла, атомные суда и т.п.), приводящая к выходу или выбросу радиоактивных веществ и (или) ионизирующего излучения за предусмотренные проектом для нормальной эксплуатации данного объекта границы в количествах, превышающих установленные пределы безопасности его эксплуатации.
Первая в мире серьезная радиационная авария произошла 12 декабря 1952 в Канаде (штат Онтарио) на АЭС «Чолк Ривер». К крупнейшим по объему выбросов и содержания в них долгоживущих радионуклидов относят аварии на хранилище радиоактивных отходов завода «Маяк» на Южном Урале, которая произошла 29 сентября 1957 в г. Кыштым Челябинской области (СССР); аварию, которая состоялась в том же году 7 октября на АЭС «Виндскейл» (Великобритания); аварию на АЭС «Три-Майл-Айленд» в штате Пенсильвания 24 марта 1979 (США); аварию на Чернобыльской АЭС 26 апреля 1986 (СССР) и аварию на АЭС «Фукусима-1» 11 марта 2011 (Япония). Наиболее тяжелыми по объемам выбросов, масштабами радиоактивного загрязнения считаются Южноуральськая, Чернобыльская и Японская аварии.
Потенциальными источниками радиоактивных веществ в окружающей среде и, соответственно, источником излучений, являются ядерные реакторы и атомное вооружение подводных лодок, искусственные спутники с ядерными реакторами.
1. Аварии на радиационно-опасных объектах

Радиационно-опасный объект (РОО) - научный, промышленный, оборонный объект, при авариях или разрушении которого могут произойти массовые радиационные поражения людей, животных и растений, а также радиоактивное загрязнение среды.
В настоящее время в 33 развитых странах мира действуют более 440 энергоблоков в составе боль 200 атомных электростанций. Атомные энергоблоки используют на морских и космических кораблях, в научно-исследовательских учреждениях и др. Большую опасность для людей представляют ядерные боеприпасы, ядерное топливо и радиоактивные отходы атомной промышленности. При радиационных авариях возможное загрязнение радиоактивными веществами (РВ) окружающей среды - воздуха, почвы, растительности, источников воды, зданий, сооружений, а также людей, их одежды, обуви, кожаных покровов, слизистых оболочек и поступления внутрь организма.
На сегодняшний день в мире зарегистрировано более 300 серьезных аварии на радиационно-опасных объектах, которые сопровождались выбросом радиоактивных веществ. Самыми значительными из них были аварии АЭС в Северной Англии (Уиндскейл, 1957), в США (Три-Майл-Айленд, 1979), в СССР (Чернобыльская АЭС, 1986), в Японии (АЭС Фукусима-1, 2011).
Несмотря на усиление безопасности работы радиационно-опасных объектов в будущем аварийные ситуации полностью исключить невозможно.
Основными причинами аварий на РОО являются:
- ошибки персонала при эксплуатации
- неисправность и несовершенство конструкций.
Санитарные потери при этом могут составлять от 22,0 до 33,0% населения зоны в среднем. Структура их может быть следующей:
- тяжело поврежденные- 44,0%
- средней тяжести - 34,0%
- легко пораженные - 22,0%
Наибольшую опасность для населения представляют аварии на РОО, связанные с неконтролируемым выбросом радиоактивных продуктов и (или) выходом ионизирующих излучений за предусмотренные проектом для нормальной эксплуатации РОО пределы в количествах, превышающих установленные нормы безопасности эксплуатации объекта.
Как правило, в начальный период радиационной аварии, связанной с выбросом ядерных продуктов из реактора в окружающую среду, до 99% дозы излучения приходится на внутреннее излучение щитовидной железы вследствие ингаляции радиоактивных изотопов йода - йода 131 и 133, и лишь у 1% - на внешнее облучение от радиоактивного облака, проходящей над местностью, и от выпадения радиоактивных нуклидов на подстилающую поверхность.

1.1. Типы аварий на радиационно-опасных объектах
По пределу распространения выделенных радиоактивных веществ и радиационными последствиями аварии делятся на три типа:
1. Локальная авария - радиационные последствия ограничиваются одним зданием или сооружением, возможно облучение персонала и загрязнения здания или сооружения выше уровней, предусмотренных нормальной эксплуатацией.
2. Местная авария - радиоактивные последствия ограничиваются зданиями и территорией АЭС, возможно облучение персонала и загрязнения зданий и сооружений, расположенных на территории станции, выше уровней, установленных для нормальной эксплуатации.
3. Общая авария - радиационные последствия распространяются за пределы территории АЭС, приводят к облучению населения и загрязнению окружающей среды выше установленных уровней.
Вследствие общих радиационных аварий, как это произошло на Чернобыльской АЭС, из поврежденного ЯЕР в окружающую среду выбрасываются РР в виде раскаленных газов и аэрозолей. Во время этой аварии выброс по мощности равен ядерном взрыве около 1 килотонны. По оценке МАГАТЭ, общая активность выброса составила 30-50 мКи, без учета инертных газов.
Выбросы различаются по величине и распространяются в разных направлениях под влиянием движения приземных слоев воздуха. Оседлые РВ - это химически чистые, мелкодисперсные продукты, способные плотно зчеплюватись с поверхностями предметов, особенно металлических, а также поглощаться одеждой и кожными покровами человека, проникая внутрь тканей одежды, в входы потовых и сальных желез кожи человека. Это снижает эффект санитарной обработки и дезактивации.

1.2. Аварии на АЭС
Наиболее опасными в радиационном отношении являются атомные электростанции, атомные теплоэлектростанции, атомные станции теплоснабжения. Источниками радиоактивного излучения и загрязнения также являются: объекты урановой промышленности, занимающихся добычей, переработкой и обогащением урана и изготовлением ядерного топлива; объекты радиохимической промышленности, где проводится регенерация ядерного топлива - выделение урана и плутония, а также продуктов их разделения с отработанных тепловыделяющих элементов -твелов (тепловыделяющих элементов) - с целью дальнейшего их использования; транспортные средства, которые имеют ядерные силовые агрегаты - большие военные корабли, подводные лодки и тому подобное; места переработки и захоронения радиоактивных отходов.
Авария с полным разрушением ядерного реактора может произойти в результате стихийного бедствия, падения летательного аппарата на сооружения АЭС, действия взрыва обычных боеприпасов и тому подобное

.
Производство, транспортировка, хранение и использование радиоактивных материалов строго регламентированы правилами технологии, техники безопасности и контроля над их применением, однако это не исключает возможность возникновения аварий. Авария с полным разрушением ядерного реактора может произойти в результате стихийного бедствия, влияния взрыва обычных боеприпасов, авиакатастроф и тому подобное. Разрывы трубопроводов с теплоносителем, отказ систем защиты и управления приводит к выбросу радиоактивных веществ (РВ) с потоками пара в окружающую среду. Количество радиоактивных продуктов на корабельных реакторах во много раз меньше по сравнению с АЭС. Поэтому распространение газо-аэрозольной смеси при авариях на них может привести к поражению населения на расстоянии до 20-30 км, а отдельные очаги загрязнения местности могут наблюдаться на больших расстояниях.
Существуют различные типы ядерных реакторов, но общие принципы их устройства и работы подобны. В реакторах на тепловых нейтронах замедлителем реакции является графит, а теплоносителем - вода.
Реактор в виде вертикального цилиндра заполнен графитовыми блоками общей массой до 2000 т. В центре каждого блока есть канал для размещения тепловыделяющих элементов, внешне омываются водой. В качестве топлива используют двуокись урана-235 (содержание урана - около 2%). Таблетки двуокиси урана-235, диаметром 1 см и высотой 1,5 см, помещаются в цилиндр с циркония с примесью 1% ниобия, который и является твэлом. Общая масса урана в блоке реактора (типа реактора РБМК-1000 на Чернобыльской АЭС) равен 190 т. Вода (в замкнутой системе) вокруг тепловыделяющих элементов нагревается до 284 °С при давлении 70 атм и поступает в виде пара на турбины для выработки электроэнергии. Отработанный пар в виде воды температурой 165 ° С поступает обратно в главные циркуляторные насосы. Вокруг реактора существует защитная водная оболочка, а также другую защиту от нейтронов. При распаде урана-235 образуется до 400 различных радионуклидов.
Выброс РВ за пределы АЭС и АТЭЦ сверх установленных норм, угрожающий жизни и здоровью людей, называется радиационной аварией на АЭС. При аварии на АЭС возникает паровой взрыв с выходом радионуклидов в окружающую среду.

1.3 Примеры аварий на АЭС
Одними из самых известных аварий на атомных электростанциях стали авария на Чернобыльской АЭС 1986 года и авария на японской АЭС «Фукусима-1» в 2011 году.
Авария на Чернобыльской АЭС 26 апреля 1986 стала крупнейшей техногенной катастрофой в истории человечества. Она привела к загрязнению территорий во многих странах, масштаб ее главным образом ограничился Европой.
Первый выброс радиоактивных веществ в атмосферу состоял из газообразных веществ, аэрозолей и элементов ядерного топлива в форме микроскопических частиц. В составе выброса содержались и газообразные элементы - криптон и ксенон. Кроме того, что йод встречался в газообразной форме и в форме аэрозолей, на месте аварии был обнаружен также органически связанный йод. Соотношение между различными формами выявленного йода зависело от временного фактора. Предполагают, что от 50 до 60% йода, который находился в ядерном топливе в различных формах попал в атмосферу. В атмосфере вместе с аэрозолями также оказались и другие летучие элементы, такие как теллур и цезий.
Слаболетучие элементы - церий, цирконий, актиноиды, в значительной степени - барий, лантан, а также стронций были связаны с частицами ядерного топлива. Крупные частицы топлива выпали на территориях вблизи от места аварии, а малые частицы распространились на значительные расстояния.
Частые изменения метеорологических условий в течение 10 дней после аварии привели к значительным изменениям направления и параметров дисперсии выброса. Наибольшие по размерам частицы, главным образом частицы ядерного топлива, выпадали на расстояниях до 100 км от аварийного реактора. Малые частицы ветер относил на большие расстояния, их осаждения происходило в составе атмосферных осадков. Вариативность части выбросов, состоящей из радиоизотопов, которые в дальнейшем опадали на грунт, определялась колебаниями температуры и других параметров во время выброса. В результате Чернобыльской аварии образовалось три основных очага загрязнения: Центральный, Брянско-Белорусский, а также очаг в районе Калуги, Тулы и Орла. Выпадение цезия-137 охватило обширные территории северной части Украины и южной части Белоруссии. Наиболее пораженной оказалась 30-километровая зона вблизи Чернобыльской АЭС.
Около двух месяцев после аварии основным источником радиационной опасности для населения были радиоактивные изотопы йода, выпавшие на землю во время аварийного выброса. В дальнейшем основную радиационную опасность составили долговременные радионуклиды цезия, стронция и плутония, поступившие с атмосферными осадками и образовавшие на территории так называемые радиоактивные пятна.
Фактически авария на Чернобыльской АЭС привела крупномасштабному радиоактивному загрязнению местности, зданий, сооружений, путей и других объектов не только в районе расположения самой станции, но и далеко за его пределами. Радиоактивное загрязнение составило большую угрозу для населения, ликвидаторов последствий аварии, негативноповлияло на экологическое состояние территорий, загрязненных радионуклидами.
Через 25 лет, 11 марта 2011 года, произошла авария на японской АЭС «Фукусима - 1». В результате взрыва в окружающую среду попали главным образом летучие радионуклиды - йод-131, теллур-132, цезий-134, цезий-137.
Во время аварии на АЭС «Фукусима-1» в окружающую среду попали ксенон-133, теллур-132, йод-131, цезий-134, цезий-137и незначительное количество полония. Основную угрозу в долгосрочной перспективе составляет радиоактивный цезий. Объемы выбросов оценивается в 20% от выбросов во время аварии на ЧАЭС. Количество йода-131 и цезия-137, попавшие в окружающую среду, составляют около 10% от аналогичной величины для Чернобыля. Площадь загрязненных радионуклидами территорий составляет около 14 тыс