Аварии и катастрофы на АЭС и других ядерных энергетических установках (ЯЭУ)

Введение

К основным источникам загрязнения окружающей среды радиоактивными веществами (РВ) относятся производственные предприятия, добывающие и перерабатывающие сырье, содержащее РВ, атомные электростанции (АЭС), радиохимические заводы, научно-исследовательские институты и др. объекты.

В настоящее время правоохранительными органами Рос­сийской Федерации обобщается практика исполнения законодательства, направлен­ного на предупреждение незаконного вво­за, вывоза, захоронения, утилизации отра­ботавшего ядерного топлива, радиоактив­ных, токсичных, химических и иных вред­ных для окружающей природной среды и здоровья населения зарубежных и отече­ственных промышленных отходов.

Цель данного реферата в том, что бы наиболее полно раскрыть радиоактивный фон и проблемы его снижения.

Задачи реферата:

− аварии и катастрофы на АЭС и других ядерных энергетических установках (ЯЭУ);

− утилизация радиоактивных отходов;

− радиационная безопасность;

− перспективы автономной энергетики

− проблемы снижения радиоактивного фона.

АЭС являются составной частью довольно сложной совокупности ядерного производства, называемой ядерно-топливным комплексом или циклом (ЯТЦ). Он включает в себя:

- добычу и переработку урановой руды с получением химических концентратов урана (рудодобывающие и рудоперерабатывающие заводы);

- получение чистых соединений урана из концентратов (аффинажные заводы);

- производство гексафторида урана и разделение его изотопов (заводы по получению гексафторида и разделению его изотопов);

- изготовление топлива для получения энергии на АЭС;

- переработку отработавшего (облученного) на АЭС ядерного топлива (радиохимические заводы или заводы по регенерации топлива);

-отработку отходов, хранение или захоронение средне- и высокотоксичных отходов и транспортировку ядерных продуктов между предприятиями ЯЦП.

При работе предприятий ЯЦП образуются пылегазообразные, жидкие и твердые отходы, содержащие радиоактивные и обычные химические вещества.

Под радиоактивными отходами понимают непригодные к использованию в настоящее время и в обозримом будущем жидкие и твердые материалы и предметы, содержащие радионуклиды в концентрации, превышающей ПДК или ПДУ (предельно допустимые концентрации и уровни).[1]

Характеристика ионизирующих излучений

При распаде радионуклиды испускают - и - частицы, - кванты, нейтроны и др.- частицы представляют собой поток ядер атомов гелия (Не). Вследствие большой ионизирующей способности пробег частиц очень мал. В воздухе он составляет не более 10 см. В биоткани (живой клетке) до 0.1 мм частицы полностью поглощаются листом бумаги и не представляют опасности для человека, за исключением случаев непосредственного контакта с кожей.

Частицы - электроны и позитроны, обладают в сотни раз меньшей ионизирующей способностью, чем частицы. Вследствие этого они распространяются в воздухе до 10 . 20 м, в биоткани - на глубину 5 . 7 мм, в дереве - до 2.5 мм, в алюминии - до 1 мм. Одежда человека почти наполовину ослабляет действие частиц. Они практически полностью поглощаются оконными стеклами и любым металлическим экраном толщиной в несколько миллиметров. Но при контакте с кожей они также опасны, как и a-частицы.

Излучение представляет собой поток квантов высокочастотного электромагнитного поля, распространяющихся со скоростью света. Оно свободно проникает сквозь одежду, тело человека и через значительные толщи материалов.

Все рассмотренные излучения опасны для организма человека, поэтому необходимо строгое соблюдение установленных норм радиационной безопасности (НРБ - 99) и основных санитарных правил работы с РВ.

Радиационная безопасность - комплекс мероприятий (административных, технических, санитарно-гигиенических и др.), ограничивающих облучение населения и окружающей среды до наиболее низких значений, достигаемых средствами приемлемыми для общества.

Эффективная эквивалентная доза - сумма средних эквивалентных доз в различных органах; она учитывает разную чувствительность к ионизирующим излучениям тканей организма.

Для характеристики потенциальной опасности излучения используется понятие “мощность дозы излучения”:

- поглощенная - Гр/с; рад/ч;

- эквивалентная - Зв/с; бэр/ч.

Степень загрязнения РВ местности и различных объектов на ней характеризуется поверхностной активностью (плотностью загрязнения), т. е. кол-вом РВ, приходящимся на единицу поверхности (Бк/м2 или Ки/км2). Степень загрязнения РВ продуктов питания и воды характеризуют объемной или удельной активностью (концентрацией РВ), т. е. количеством РВ в единице объема или веса (Бк/м3, Бк/кг или Ки/л, Ки/кг).

Основными принципами радиационной безопасности являются:

- непревышение установленного дозового предела;

- исключение всякого необоснованного облучения;

- снижение дозы до возможно низкого предела.

В зависимости от степени контакта с источниками ионизирующих излучений и чувствительности организма, установлены 3 категории облучаемых лиц:

КАТЕГОРИЯ А - профессиональные работники, постоянно или временно работающие с источниками ионизирующих излучений (ИИ);

КАТЕГОРИЯ Б – лица, находящиеся по условиям работы в сфере воздействия источников ионизирующего излучения;

КАТЕГОРИЯ В – население.

Эффективная доза облучения в год: группа А – 20 мЗв; группа Б – 5 мЗв; население – 1 мЗв.

Характеристика аварий на АЭС

Основными и наиболее опасными источниками ионизирующих излучений и радиоактивного заражения окружающей среды являются аварии на АЭС. Радиационными аварии на АЭС - нарушение их безопасной эксплуатации, при котором произошел выход радиоактивных продуктов и (или) ионизирующего излучения за предусмотренные проектом для нормальной эксплуатации границы в количествах, превышающих установленные значения. Радиационные аварии характеризуются исходным событием, характером протекания и радиационными последствиями.

В соответствии с решением МАГАТЭ (Международным агентством по атомной энергетике) установлены 7 баллов (степеней опасности) аварийных ситуаций на АЭС: 1) незначительные происшествия; 2) происшествия средней тяжести; 3) серьезные происшествия; 4) аварии в пределах АЭС; 5) аварии с риском для окружающей среды; 6) тяжелые аварии; 7) Глобальные (крупные) аварии.

Радиоактивное заражение при аварии АЭС может происходить за счет выброса парогазовой фазы (авария без разрушения активной зоны) − высота выброса Нв=150-200 м, время выброса – 20-30 мин. Состав радиоактивных изотопов: ксенон, криптон, йод. Более серьезной аварией является выброс продуктов деления из реактора (авария с разрушением активной зоны). При этом радиоактивные продукты выбрасываются на высоту Нв=2-3 км, продолжительность выброса - несколько суток до окончания герметизации реактора. Характер радиоактивного заражения при авариях на АЭС имеют ряд особенностей (по сравнению с взрывом ядерного боеприпаса): 1) длительность радиоактивного заражения окружающей среды: уран - 235, Т1/2 = 700 млн. лет; стронций - 90, Т1/2 – 28,6 года; цезий - 137, Т1/2 = 30 лет и так далее); 2) Распространение РВ составляет 3-12 часов; 3) “Очаговое” заражение в дальней (более 1000 км) зоне.

Характеристика районов РЗМ при авариях на АЭС

При авариях на АЭС с выбросом радиоактивных веществ (РВ) возникают районы радиоактивного заражения (загрязнения) местности (РЗМ) в форме окружности (в р-не аварии) и вытянутого эллипса (по следу облака) - правильной формы при т. н. нормальных топо- и метео- условиях и неправильной - при ненормальных (сложных) топо- и метеоусловиях (пересеченная местность, изменение направления и скорости ветра и др.). Воздействие РЗМ на людей осуществляется в виде облучения:

- внутреннего - с воздухом, пищей, водой;

- внешнего - от проходящего облака и РВ, выпавших на подстилающую поверхность;

- контактного - от РВ на кожных покровах, одежде.

Основными параметрами, характеризующими районы РЭМ, являются экспозиционные и поглощенные дозы облучений до полного распада (Д, Р(рад)) и мощности этих доз - уровни радиации на определенное время (Р, Р/ч, рад/ч).

Уровни радиации с течением времени, вследствии распада РВ, уменьшаются. В практических расчетах часто используется т. н. эталонный уровень радиации - уровень радиации, приведенный к 1 ч после аварии - Р1 . Между дозой облучения до полного распада и уровнем радиации Р1 при авариях на АЭС существует связь: Д = 400Р1. В зависимости от величин Д, районы РЗМ (для организации и проведения защитных мероприятий) подразделяют на зоны:

1. Внешнего облучения: А - умеренного, Б - сильного, В - опасного, Г - чрезвычайно опасного

2. Внутреннего облучения: Д’ - опасного и Д - чрезвычайно опасного.

Проблемы снижения радиоактивного фона

Радиоактивные отходы появляются на АЭС из двух источников: главным является основной технологический контур АЭС, другим источником является вспомогательные установки, например, газовый контур, контур охлаждения. Источники радиоактивных отходов активационного происхождения, например, радиоактивные продукты коррозии или образующийся в процессах деления тритий (сверхтяжелый изотоп водорода), имеют активность, строго меняющуюся во времени по известному закону.

Случайным источником являются продукты деления, попадающие в теплоноситель. Их активность в теплоносителе в каждый момент времени зависит от того, сколько негерметичных ТВЭЛов в этот момент эксплуатируется в активной зоне, какова степень их негерметичности. Поскольку этот процесс случаен, данный факт учитывается на АЭС при организации постоянного радиационного контроля за состоянием теплоносителя, количеством и темпом образования радиоактивных отходов. Атомная электростанция - такое же производство, как и другие, поэтому во время основного технологического процесса - отвода тепла от активной зоны реактора для выработки электроэнергии, образуются и радиоактивные отходы. Поскольку из теплоносителя постоянно нужно удалять разнообразные примеси, при очистке теплоносителя выделяются радиоактивные газы. Захватывая микрочастицы жидкости и твердые микрочастицы, газы переходят в аэрозольную форму. Радиоактивные отходы также могут быть и жидкими, и твердыми.

Проблема обращения с радиоактивными отходами на предприятиях России

В 1998 г. радиационная обстановка на территории Российской Федерации, как и в предыдущие годы, определялась главным образом:

естественным радиационным фоном, формируемым космическим излучением и природными радионуклидами как естественно распределенными, так и привнесенными в окружающую среду деятельностью человека;

глобальным радиоактивным загрязнением, связанным с проведенными ранее ядерными взрывами и крупными радиационными авариями в прошлом;

радиоактивным загрязнением территорий, оказавшихся в зонах распространения радиоактивных облаков выбросов при радиационной аварии на Чернобыльской АЭС.

На территории России вклад природных источников в коллективную дозу облучения населения составляет приблизительно 70-80%.

В ходе различных проверок выявляются многочислен­ные нарушения законов Российской Федерации "Об охране окружающей природной среды", "О радиационной безопасности на­селения", "О санитарно-эпидемиологическом благополучие населения".

Практичес­ки не выполняются федеральные целевые программы "Обращение с радиоактивными отходами и отработавшими ядерными ма­териалами, их утилизация и захоронение на 1996-2005 годы", "Отходы".

Анализ имеющихся материалов свиде­тельствует, что наиболее острый характер приобрела проблема хранения и перера­ботки отработавшего ядерного топлива, образующегося нa объектах Министерства по атомной энергии и Министерства обо­роны Российской Федерации.

Ни на одной атомной электростанции России не имеется полного комплекса ус­тановок для кондиционирования радиоак­тивных отходов, в связи с чем усугубляет­ся проблема переработки и утилизации отработавшего ядерного топлива. На про­изводственном объединении "Маяк", Си­бирском химическом комбинате и Красно­ярском горнохимическом комбинате Ми­натома России около 400 млн. куб. м отхо­дов находится в открытых водоемах и специальных бассейнах.

В последнее время обострилась обста­новка с приемом, переработкой и хране­нием отработавшего ядерного топлива на единственном в России специализирован­ном ПО "Маяк", технические возможности которого явно недостаточны.

Непосредственно на предприятиях Ми­натома России радиоактивные твердые от­ходы производства размещаются в могиль­никах, что не соответствует установленным требованиям. Между тем модульные храни­лища для надлежащего захоронения таких отходов не создаются. Несмотря на важ­ность и первоочередность, эти мероприя­тия не финансируются.

Выявлены многочисленные нарушения порядка обращения с радиоактивными от­ходами в части превышения предельного двухлетнего срока их хранения в жидком состоянии. Повсеместно инженерно-технические средства защиты и контроля не от­вечают элементарным требованиям под­держания безопасного функционирования важнейших производств.

Значительное накопление радиоактив­ных отходов, отсутствие необходимых тех­нических средств и технологических воз­можностей для обеспечения безопасного обращения с этими отходами и отработав­шим ядерным топливом создают реальную угрозу возникновения радиационных ава­рий. Так, в Читинской области г.г. Болей и Краснокаменск в результате освоения ура­нового месторождения оказались в про­мышленной зоне предприятий. В данной местности сложилась тяжелая экологическая обстановка, растет заболеваемость населения от загрязнения окружающей среды. Однако до настоящего времени Правительством Рос­сии, администрацией Читинской облаете меры к дезактивации так и не приняты.

Проблема утилизации устаревших ядерных объектов

Проблема утилизации отходов атомных реакторов электрических станций довольно подробно обсуждается ми­ровой прессой. За перемещением таких грузов следит прес­са и широкая общественность. Еще большей тайной окружены выводя­щиеся из эксплуатации подвижные источники радиации и, прежде всего, атомные подводные лодки (АПЛ).

Утилизация устаревших ядерных объектов и, в час­тности, выведенных из эксплуатации АПЛ, технически очень сложна и дорога.

Сегодня в отстое или эксплуатации находятся 475 подводных атомных лодок, в т.ч. 245 российских. Их замена должна произойти в ближай­шие 5 - 10 лет.

Отсутствие средств в бюджете России на решение многих насущных задач вызывает дополнительные волнения людей, живущих в опасных зонах и, прежде всего, на Коль­ском полуострове и Севере России.

Так же до настоящего времени не выполнено решение Правительства СССР, принятое в 1985 г., о строительстве спецхранилищ на Северном и Тихоокеанском флотах для за­хоронения реакторных отсеков атомных подводных лодок. Не решен вопрос с ути­лизацией компонентов ракетного топлива старых систем.

Итак возникают проблемы, связанные с прекращением экс­плуатации ядерных энергетических устано­вок (ЯЭУ), созданных в 60 — 70-х гг. для ста­ционарных (АЭС, промышленные и исследо­вательские реакторы) и транспортных (атом­ные подводные лодки и ледоколы, крейсеры и авианосцы, и др.) объектов.

Захоронение и обезвреживание радиоак­тивных отходов (РАО), а также утилизация устаревших ядерных объектов ВМФ и ядер­но-топливного цикла по своей сложности, до­роговизне, социальной и экологической значимости — одни из наиболее серьезных и актуальных проблем, бурно обсуждаемых специалистами и экологами всех стран мира.

Выведенные из боевого состава ВМФ и утилизируемые АПЛ являются потенциаль­ными источниками как ядерной, так и радиа­ционной опасности.

Сложность решения проблемы утилиза­ции АПЛ и обезвреживания РАО связана не только с ее огромными масштабами, но и с необходимостью комплексного учета раз­нородных факторов, определяющих ее со­держание — политических, экономических, экологических, социальных, инженерно-технических, организационно-правовых.

О масштабах и состоянии проблемы утили­зации АПЛ свидетельствуют следующие дан­ные. В России к началу 1996 г. выведено из эксплуатации свыше 150 АПЛ, к 2000 г. ожида­ется увеличение их числа до 170—180 еди­ниц, частично утилизирована только 21 еди­ница.

Хотя данная проблема затрагивает и другие государства (США, Китай, Францию), но в наиболее сложном положении при ре­шении данной проблемы оказалась Россия, которой к 2000 г. предстоит вывести из экс­плуатации и утилизировать в 3 раза больше АПЛ и в 5 раз больше судовых ЯЭУ, чем в США. Срок службы большинства выведен­ных из эксплуатации АПЛ 25 — 30 лет, а 35 % находящихся в отстое лодок были в эксплуатации более 30 лет. До 40 % списанных АПЛ более 10 лет не ремонтировались[2].

Из выведенных в отстой АПЛ активные зоны выгружены только из 30 % лодок. Ос­тальные АПЛ фактически превратились в хранилища отработанного ядерного топлива (ОЯТ). Их неудовлетворительное техническое состояние и трудности, связанные с поддер­жанием на плаву, создают серьезную опас­ность ядерных и радиационных аварий.

Массовый, технически не подготовленный вывод АПЛ из эксплуатации вызвал резкое обострение проблемы обеспечения радиационно-экологической безопасности на этих ко­раблях и в регионах их базирования.

Основными задачами являются[3]:

− обеспечение радиационно-экологической безопасности вынужденного длительного (в течение 15 — 20 лет) нахождения на пла­ву списанных АПЛ;

− выгрузка и транспортировка на пере­работку большого количества отработавших тепловыделяющих сборок;

− необходимость безопасного хранения и переработки значительных объемов жидких РАО;

− создание инфраструктуры для дли­тельного (не менее 70 — 100 лет) хранения вырезанных реакторных отсеков в специаль­но оборудованных местах;

− разделка корпусов утилизируемых АПЛ с применением перспективных и эколо­гически безопасных технологий.

Существующие технические средства хранения и обращения с РАО, в частности береговые и плавучие емкости, переполнены и находятся в аварийном состоянии. Ряд строящихся современных технических средств (например, танкеры), находящихся в высокой степени готовности, не может быть принят в эксплуатацию из-за отсутствия финансирования. Вопреки принятым прави­тельством России постановлениям финанси­рование НИОКР по указанным проблемам практически не производится.

Привлекаемые для утилизации АПЛ про­мышленные предприятия и ВМФ могут в на­стоящее время по своим производственным возможностям разделывать в трехотсечные блоки не более пяти-шести единиц в год. При таких темпах разделки происходит об­вальное накопление выведенных из эксплуа­тации АПЛ. Содержание одной АПЛ, выве­денной из боевого состава ВМФ, обходилось государству в 1993 г. в 2,5 млрд руб.

Отсутствие плавучих технических баз и перегрузочного оборудования, 100 %-ная за­полненность хранилищ ОЯТ береговых тех­нических баз, дефицит и дороговизна специ­альных транспортных средств для его пере­возки практически парализовали процесс выгрузки ОЯТ из реакторов АПЛ, находя­щихся в отстое. Активные зоны не выгруже­ны из более чем 60 % выведенных из экс­плуатации АПЛ. Общий радиационный по­тенциал ядерного топлива реакторов этих АПЛ оценивается 250 — 3W млн. Ки.

В настоящее время на объектах ВМФ скопилось более 300 активных зон или более 70 тыс. тепловыделяющих сборок. Примерно половина этого количества продолжает на­ходиться в заглушенных реакторах выве­денных из эксплуатации АПЛ. Такое поло­жение сложилось с 1989 г. вследствие ус­тойчивого дисбаланса вывоза ОЯТ на ПО "Маяк" и его поступления с кораблей флота. Неготовность технических баз флота к прие­му и загрузке эшелона из-за недостаточнос­ти грузоподъемных средств и изношенности спецоборудования, неприспособленность бе­реговых сооружений ОЯТ для длительного хранения высокоактивных материалов усу­губляют тяжесть сложившегося положения. Поэтому изготовление дополнительных ком­плектов перегрузочного оборудования и соз­дание временных оперативных хранилищ ОЯТ являются задачами первостепенной важности[4].

Одной из наиболее сложных проблем ути­лизации АПЛ является обращение с выре­занными реакторными отсеками, поскольку требуется строгое выполнение особых техно­логических приемов, обеспечивающих ра­диационную безопасность человека и окру­жающей среды.

Для утилизации реакторные отсеки раз­резают на куски размером 12х18 м и массой - 1000 т, содержащие около 105 Ки радиоак­тивных веществ осколочного и наведенного происхождения.

Осколочной активностью обладают внут­ренние поверхности коммуникаций. Наве­денная активность образуется в конструк­тивных материалах, находящихся под воз­действием нейтронных потоков работающе­го реактора.

В реакторном отсеке накопленная актив­ность наведенного происхождения в основ­ном приходится на кобальт-60. Последний испускает достаточно жесткое гамма-из­лучение и практически полностью определя­ет радиационную обстановку вблизи радио­активных конструкций и оборудования в течение первых 50 лет после расхолажива­ния реактора.

Следующим по накопленной активности стоит никель-63, который, испуская бета-излучение, не оказывает существенного влияния на радиационную обстановку в от­секе, но играет решающую роль в оценке от­сека как твердого радиоактивного отхода (ТРО). Бета-активный изотоп представляет большую опасность при попадании в орга­низм человека.

Учет технических факторов при выборе длительности хранения РО обусловлен со­стоянием оборудования, систем корпусных конструкций. Важнейшим требованием яв­ляется исключение сквозных коррозионных повреждений корпуса реакторного отсека и сохранение его в состоянии, пригодном для разделки.

Для обеспечению защиты окружающей среды и населения при консервации или уничтожении выводимых из эксплуатации атомных подводных лодок необходимо учитывать множество сложных, специфических, требующих пристального внимания факторов и конечно профессионализма в решении этой проблемы.

Заключение

Несмотря на проделываемую работу при­родоохранных органов (Госатомнадзора, Госкомэкологии, Госкомзема, Минздрава России и др.), необхо­димо констатировать, что принимаемые ими меры явно не соответствуют степени обще­ственной опасности и распространенности экологических правонарушений.

Располагая конкретной информацией о нарушениях законодательства, контролиру­ющие органы не принимают действенных мер к их устранению. Проверки соблюдения правил обращения с отходами проводятся нерегулярно, их эффективность крайне низ­ка, отсутствует надлежащий контроль за ус­транением выявленных нарушений, винов­ные юридические и должностные лица не привлекаются к установленной ответствен­ности, штрафные санкции принудительно не взыскиваются, а меры к возмещению ущер­ба не принимаются. Материалы о преступ­ных нарушениях природоохранительного за­конодательства в правоохранительные орга­ны не направляются. Зачастую сами органы контроля санкционируют незаконные дей­ствия, нарушают порядок привлечения ви­новных к установленной законом ответствен­ности. Редко используется и такая мера пре­сечения правонарушений, как закрытие или приостановка деятельности предприятий.

Вместе с тем имеются существенные не­достатки и в работе правоохранительных органов. Многие из них на местах также заняли примиренческую позицию в отно­шении нарушений природоохранительного законодательства, неэффективно использу­ют свои полномочия для привлечения зло­стных нарушителей к установленной зако­ном ответственности.

Таким образом, нарушения законности приобрели массовый характер. Наносится огромный экономический ущерб стране, невосполнимый урон окружающей природ­ной среде, ставится под угрозу существо­вание будущего поколения россиян. Без срочного принятия кардинальных мер не­возможно предотвратить экологические и техногенные катастрофы.

Но работа ведется, и в связи с этим разрабатываются мероприятий, направленных на укрепление правопоряд­ка и усиление надзора в этой сфере[5].

Например, при разработке федерального бюджета, ежегодно рекомендуются предусматривать выделение необходимых средств на финансирование федеральных целевых программ "Обраще­ние с радиоактивными отходами и отрабо­тавшими ядерными материалами, их ути­лизация и захоронение на 1996-2005 годы", "Отходы", а также Федеральной целевой программы развития таможенной службы Российской Федерации на 1996-1997 годы и период до 2000 года;

Так же рекомендуется предусмотреть комплекс мер, направлен­ных на предотвращение незаконного выво­за и ввоза радиоактивных, химических, ток­сичных и иных вредных отходов производ­ства, а также механизм государственного принуждения к возврату иностранному по­ставщику отходов, ввезенных на террито­рию России незаконным, в том числе кон­трабандным, путем.

Далее, проработать и утвердить механизм госу­дарственного экологического контроля за транзитом через территорию страны радио­активных отходов.

Рекомендуется такое мероприятие, как ведение порядка обязательного государ­ственного страхования радиоактивных, хи­мических, токсичных и других опасных от­ходов при перемещении их через государ­ственную границу.

[1] Г.А. Иванов и др. Дейтериевые взрывы - энергия близкого будущего. Электротехника 2010, т.2, V симпозиум, ТРАВЭК - ВЭИ, 19 - 22 октября 2004.

[2] Экология и промышленность России, 1998г, № 7, с. 12

[3] Проблемы окружающей среды и природных ресурсов, 1998г, № 3, с. 25

[4] Жизнь и безопасность 1997г, № 2 -3, с. 272

[5] Зеленый мир 1998г. № 21, с.6.