Военное образование в России

Лекции по военной токсикологии. Часть 2 - ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАДИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАДИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ И ОСНОВНЫЕ ВАРИАНТЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ВТОРИЧНЫХ ЯДЕРНЫХ ОЧАГОВ.

Урановый цикл ядерных превращений является основным в совре­менной атомной энергетике, военном деле, при производстве техно­логических изотопов. В природе уран распространен относительно широко, хотя и составляет лишь 2.10-⁴% земной коры. Крупнейшие запасы урана находятся в Северной Америке, Южной Африке, Австра­лии и Швеции. В руде содержится от 0,1 до 0,3% урана.

Для того, чтобы АЭС мощностью 1000 Мвт (эл.) работала в те­чение 1 года необходимо добыть 85000 тонн руды. На обогатитель­ных предприятиях после размельчения, концентрирования, химической обработки и разделения изотопов получается около 34 тонн окиси урана, обогащенного ураном - 235 до 3,3%. При этом в процессе об­работки руды прежде всего выделяется в виде газообразных отходов около 57 Ки радона, 0,132 Киурана, а также значительное количест­во высокотоксичных химических соединений: окислов азота - (50т.), двуокиси серы - (25т.), фторидов - (0,69т.). Кроме этого, процесс обработки сопровождается образованием твердых радиоактивных отхо­дов в количестве около 84300 т. В них содержится торий и радий, общей активностью около 110 Ки, а также шестифтористый уран ак­тивностью около 56 Ки. В жидких радиоактивных отходах содержится около 5,8 Ки урана, радия и тория. Напомню, что 1 Ки= 37миллиар­дов ядерных превращений за 1 секунду. Для сравнения: загрязнение территории продуктами деления с плотностью 1 Ки/м² создает поле гамма- излучения с мощностью дозы 10-10 р/ч. В конце технологи­ческого цикла получается около 35 тонн окиси урана, обогащенного ураном - 235 до 3,3%.

В процессе использования этого топлива в ядерной энергети­ческой установке образуется от 7 до 50 тысяч кюри радиоактивных благородных газов криптона и ксенона, от 10 до 50 Ки трития и 0,3 -0,8 Ки иода -131.

После года использования в упомянутом количестве топлива на­капливается около 300 кг плутония и некоторое количество других изотопов - продуктов деления. Общая активность облученного топли­ва достигает 5,17.10⁶ Ки. (Если равномерно распределить образо­вавшиеся радионуклиды с плотностью 1 Ки/м², то будет заражено 5 170 км² территории, т.е. квадрат со стороной около 70 км или ок­ружность с радиусом около 40 км.).

После хранения облученного топлива в течение 150 дней актив­ность падает примерно в 40 раз и оно транспортируется на предпри­ятия по регенерации ядерного топлива.

Для обеспечения работы реактора через него пропускают около 380 т. воды в минуту. При этом слив воды в открытый водоем сос­тавляет примерно 27 т. воды в минуту. С этой водой во внешнюю среду попадает трития 90-450 Ки в год. (В среднем 40 тыс. т. воды в сутки общей активностью около 1 Ки).

На предприятиях по регенерации ядерного топлива не использу­ются технологии с использованием высокотоксичных химических ве­ществ, высоких давлений и температур. В ходе реализации техноло­гии регенерации ядерного топлива образуется газообразных радиоак­тивных отходов криптона 373 000 Ки, трития - 20 580 Ки, иода -131,129-0,06 Ки, других продуктов деления -0,918 Ки. Кроме того, выделяется 7,4 т. окислов азота.

Твердые радиоактивные отходы составляют около 195 м³. На предприятия по производству ядерного топлива отправляются с АЭС 33т. урана, с содержанием урана - 235 около 0,8%.

Жидкие радиоактивные отходы промежуточной активности - 26 т. т.е. с активностью в десять-миллион раз превышающей максимально допустимую и 1300 т. жидких радиоактивных отходов низкой актив­ности т.е. активностью в десять раз превышающей максимально до­пустимую.

На постоянное хранение в государственные хранилища отправля­ют 42 т. отходов в жидком виде или 3,42 м³ в твердом виде.

В настоящее время в хозяйстве развитых государств, в армии и на флоте имеется значительное количество подвижных атомных элект­ростанций (ПАЭС), предназначенных для обеспечения энергией важных и энергоемких объектов, а также транспортных средств. Особеннос­тями работы ПАЭС являются: относительно короткая кампания реакто­ра (от нескольких месяцев до нескольких лет) по сравнению с мощ­ностью АЭС стационарного типа, например, РМБК-1000 - 30 лет, от­носительно высокие мощности гамма и нейтронных потоков, преодоле­вающих биологическую защиту.

Космические ядерные энергетические установки (КЯЭУ) могут решать задачи обеспечения энергопитанием аппаратуры спутников и орбитальных станций, поддержания орбиты спутника, ориентации его в пространстве, коррекции и изменения орбиты и выводов в заданную точку пространства. По типу различают реакторные (АЭУ) и радиои­зотопные (РЭУ) энергетические установки для космических летатель­ных аппаратов. В реакторных используется тепло, выделяемое ядер­ным горючим ураном - 235 или плутонием - 239. В радиоизотопных тепло выделяется при распаде радионуклидов с большим периодом по­лураспада, высоким удельным энерговыделением и низкой интенсив­ностью сопровождающего гамма-излучения, например, плутоний -238 и полоний -210.

В войсках и в промышленности в составе образцов вооружения и военной техники, в технологических установках имеется большое ко­личество источников ионизирующих излучений (ИИИ). Практически все они закрытые, т.е. их конструкция препятствует взаимным контактам радиоактивного материала и окружающей источник среды. Чаще всего это одинарные или двойные капсулы с порошком радиоактивного изо­топа, куски проволоки, подложки с зафиксированными на них ИИИ. Они используются для контроля и градуировки приборов, как иониза­торы, толщиномеры, уровнемеры и т.д. В авиации ионизатор системы зажигания реактивных двигателей, сигнализатор обледенения и т.д.

Основными источниками радиационной опасности на ЯЭУ являются активная зона реактора, оборудование ЯЭУ и теплоноситель 1-го контура. Активная зона реактора, в которой протекает цепная реак­ция деления, создает мощные потоки гамма- нейтронного излучения. В процессе цепной реакции в тепловыводящих элементах (ТВЭЛ), об­разуются осколки деления - бета-гамма активные изотопы элементов от цинка до тербия. В ходе работы ЯЭУ активируется теплоноситель и примеси, находящиеся в нем (стабилизирующие и антикоррозийные присадки, продукты растворения трубопроводов, прокладок, смазоч­ных веществ и т.д.). Ядерное топливо в ТВЭЛ заключено в тонкую металлическую оболочку, которая находится под воздействием темпе­ратур в несколько сот градусов, высокого давления и мощного пото­ка нейтронов до 10¹⁴ н/см².сек. При этом образуются микротрещины, через которые в теплоноситель просачиваются осколки деления. Нейтронные потоки из активной зоны вызывают образование активаци­онных радионуклидов в конструктивных элементах ЯЭУ (радиоактивные изотопы железа и сопутствующие ему в используемых марках сталей хрома, марганца, никеля, кобальта и др.), теплоносителя 1-го кон­тура (тритий, радиоактивные изотопы азота, кислорода, теплоноси­телей металлов, хлора и других примесей и добавок в теплоноси­тель), а также в воздухе, окружающем реактор и находящемся в его конструктивных элементах - радиоактивные изотопы азота, кислорода и аргона.

В условиях нормальной эксплуатации ЯЭУ на персонал в основ­ном воздействует допустимые уровни гамма нейтронного излучения. При перезарядке и ремонте ЯЭУ, а также при радиационных авариях, они могут значительно усиливаться. В случаях выбросов радиоактив­ности загрязняются воздушная среда, оборудование, средства защи­ты, создаются предпосылки к попаданию радионуклидов на кожные покровы и внутрь организма.

Аварии на ЯЭУ, связанные с выбросом радионуклидов, могут приводить к существенному загрязнению окружающей среды.

Основные варианты аварийных ситуаций.

Локальная - радиационные последствия ограничены одним здани­ем или сооружением АЭС. При этом мощность эквивалентной дозы в некоторых помещениях и на территории площадок будет выше проект­ных значений при нормальной эксплуатации АЭС.

Например, радиоактивность теплоносителя 1-го контура, обус­ловленное обычно активационными радионуклидами, увеличивается при наличии микротрещин оболочек ТВЕЛ, когда в теплоноситель в боль­шом количестве попадают газообразные продукты деления. Она резко возрастает при значительных (разрыв, расплавление) повреждениях оболочек ТВЭЛ, когда в 1-й контур проникает значительное коли­чество осколков деления и даже само ядерное горючее. В этих слу­чаях при отсутствии радиоактивных выбросов в технологические по­мещения радиационная обстановка будет характеризоваться различной степенью повышения уровня гамма-излучения оборудования ЯЭУ.

Местная - радиационные последствия ограничиваются территори­ей площадки АЭС. При этом мощность эквивалентной дозы и уровень загрязнения окружающей среды радиоактивными веществами в районе расположения АЭС будет выше пределов, установленных для их нор­мальной эксплуатации.

Например, образование трещин в трубах парогенератора может привести к поступлению теплоносителя во 2-ой контур и повышению радиоактивности пара. Последующая утечка пара из оборудования 2-го контура и выпары пароэжекторов турбин в этих случаях являют­ся причиной загрязнения воздуха и возможного распространения ра­диоактивных газов и аэрозолей.

Общая - радиационные последствия распространяются на обшир­ную территорию вне площадки АЭС, радионуклиды загрязняют воздух, почву и воду.

Основными признаками аварии является увеличение:

- концентрации радиоактивных благородных газов (РБГ), изото­пов иода и других радионуклидов в воздухе помещений с оборудова­нием первого контура и в вентиляционных системах;

- удельной активности продуктов деления (в особенности РБГ и изотопов иода) в теплоносителе второго контура;

- выбросов радиоактивных веществ в атмосферу;

- мощности эквивалентной дозы в помещениях зданий или соору­жения на территории АЭС, санитарно-защитной зоне и за ее пределами;

- концентрации радионуклидов на местности, в оборотной воде, в водоеме-охладителе.

Наиболее опасными с точки зрения выхода радиоактивных про­дуктов в окружающую среду следует рассматривать:

- частичное или полное расплавление активной зоны;

- разгерметизация первого контура;

- полное разрушение АЭС (АТЭУ, ПАЭС) с разбросом частей обо­рудования, падение КЯЭУ.

Как правило, аварийные ситуации на ЯЭУ сопровождаются угро­зой возникновения или возникновением пожара, повторных взрывов, загоранием графита и длительным "курящим" действием аварийного реактора. Возможно осложнение химической обстановки.

На светосхеме представлена динамика радиационной обстановки (границы зон в 1 мр/час) в районе ЧАЭС через 0,5 месяца, 6 меся­цев, 1 год. после аварии в сравнении с динамикой радиационной обстановки от наземного ядерного взрыва мощностью 20 кт при ско­рости ветра 10 км/час.

В условиях сложной радиационной, химической, пожарной и ин­женерной обстановки основными вариантами поражения личного соста­ва могут быть:

- травма от непосредственного действия ударной волны или ее метательного действия;

- травма в результате разрушения зданий, сооружений, устано­вок, транспортных средств;

- ожоги пламенем , газом, паром, жидкостями, металлом, хими­ческие ожоги;

- радиационные ожоги кожи и верхних дыхательных путей;

- общее и локальное гамма-нейтронное облучение;

- инкоропорация радионуклидов ингаляционно, перорально, че­рез кожу и слизистые;

- интоксикация радиоизотопами; острая, подострая и хроничес­кая.

Чаще поражения будут носить комбинированный характер с одним или двумя ведущими вариантами. Например, терморадиационные пора­жения; инкорпорация радионуклидов с общим внешним облучением и т.д.

При внешнем облучении имеет значение спектр ионизирующих из­лучений (соотношение альфа, бета, гамма,нейтронных составляющих), а также их энергетическая характеристика.

При внутреннем облучении имеют значение радиоизотопный сос­тав радионуклидов, динамика и пути проникновения и их судьба в организме.