3. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ В ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ
3.3. Аварии с выбросом радиоактивных веществ
3.3.2. Основные отличия аварий на АЭС от ядерных взрывов
Аварии на АЭС имеют значительные отличия от ядерных взрывов.
Размер и конфигурация зоны заражения
Ядерный взрыв длится относительно короткое время. Радиоактивное заражение местности происходит в сравнительно узком направлении, в зависимости от силы в момент взрыва ветра. Размер зоны заражения определяется мощностью взрыва и, в основном, скорости ветра. Размер такой зоны можно прогнозировать.
Авария на АЭС характеризуется большей длительностью выбросов (в зависимости от времени ликвидации аварии). За это время направление ветра может меняться. Поэтому размер и конфигурацию зоны практически невозможно ни прогнозировать, ни рассчитывать (при аварии на ЧАЭС основные выбросы продолжались 10 дней, выбросы меньшей интенсивности - еще 22 дня). Кроме того, при авариях на АЭС возникают мелкодисперсные аэрозоли размером 0,5 - 3 мкм, в то время как при ядерном взрыве - великодисперсні размером более 60 мкм.
Аэрозоли, которые возникают во время аварий на АЭС способны длительное время находиться во взвешенном состоянии и распространяться под воздействием ветра на большие расстояния. Аэрозоли ядерного взрыва перемешаются с частицами почвы и сравнительно быстро (8 - 10 ч.) оседают на землю. Эти факторы приводят к тому, что зона радиоактивного заражения при авариях на АЭС значительно превышает область заражения, возникающий во время ядерного взрыва.
При аварии на ЧАЭС образовалась зона заражения площадью более 28 тыс. км2, на которой проживает свыше 1 млн. человек. След радиоактивного облака наблюдался за несколько тысяч километров (Китай, США). Сначала поширенення радиоактивного облака происходило в западном и северном направлениях, затем в северном, следующие несколько дней - в южном направлении. Загрязненные воздушные массы распространились на значительные расстояния по территории Белоруссии, Украины и России, а также за пределами СССР. Через 15 дней уровень гамма - фона в 5 мР/ч был зафиксирован на расстоянии 50-60 км к западу и 35-40 км к северу от АЭС. В Киеве уровень радиации увеличился на несколько десятых мг/ч.
Всего в той или иной степени загрязненными радионуклидами оказались 1 и областей, в которых проживало 17 млн. человек. Следы радиоактивных веществ были обнаружены в Швеции, Польше, Англии и других странах.
Радионуклидный содержание выбросов
Атомные электростанции проектировались и строились с высокой надежностью. Ученые надеялись получить источник электроэнергии. абсолютно безопасное в эксплуатации. Теоретически вероятность аварий составляет 1,7х107 (по расчетам немецких ученых), 1,7x106 (по расчетам шведских ученых).
При всей своей потенциальной опасности атомная энергетика экологически чище, чем тепловая. Обычные электростанции в 100 раз больше, чем атомные, загрязняют окружающую среду выбросами, в том числе и радиоактивными (изотопы урана, тория, калия). В угле, например, содержится изотоп углеводорода, при сжигании поступающего в атмосферу. В целом радиоактивное загрязнение от тепловых электростанций значительно больше, чем от атомных.
При сжигании угля, нефти, газа ежегодно выбрасывается в атмосферу 200 - 250 млн. т золы и около 60 млн. т сернистого ангидрида. По расчетам ученых, то к 2100 г. эти выбросы могут вырасти до 1,5 млрд. т. и 400 млн. т. соответственно. Сернистый газ вызывает «кислотные дожди», а высокая концентрация углекислого газа и метана может вызвать парниковый эффект и повлечь значительное потепление климата.
Атомные электростанции для людей, которые живут поблизости, представляют риск - можно получить дозу облучения более 60 мбер. за год. Это, безусловно, опасная величина облучения.
Таким образом, по сравнению с традиционными технологиями производства электроэнергии, атомная энергетика дает возможность получить чистое производство.
В мире построено и функционирует 458 АЭС (1991 г.). Ядерная энергетика обеспечивает производство 16% мирового электроснабжения (1987 г.). В некоторых странах доля электроэнергии, которую вырабатывают АЭС, достаточно велика: Франция - 70%, Бельгия - 67%, Швеция - 50%, Канада - 14,7%, США - 16,6%,СССР - 12% (все данные 1987 - 1988 p.).
Практически за время эксплуатации АЭС произошли три крупных аварии:
- - 1961 г. - в Айдахо-Фолсі (в реакторе произошел взрыв), США;
- - 1979 г. - на АЭС «Тримайл-Айленд» в Гарисберзі, США;
- - 1986 p. - на Чернобыльской АЭС в украине.
Итак, практически вероятность аварий на АЭС составляет один раз в 10 лет. Всего же за время существования атомной энергетики зарегистрировано почти 800 различных событий на АЭС различной степени с разнообразными последствиями, с выбросом радиоактивных веществ - 296.
Пострадало от аварий 136675 лиц (Чернобыль - 135 тысяч человек), смертельных случаев от радиации - 69 (по другим данным, только в Чернобыле погибло более 8 тыс. человек).
Ядерный взрыв характеризуется надвеликою скоростью реакции и возникновением вспышки нейтронов огромной активности. Кроме того, после взрыва возникают продукты деления, среди которых большинство - коротко живущие. Объясняется это тем, что во время ядерного взрыва выбрасываются ГГ в момент их образования.
Ядерные реакции на АЭС имеют определенные особенности. Ядерным топливом на АЭС уран - 238, малозбагачений ураном - 235 (на 1 т. двуокиси урана - 238 добавляется 20 кг ядерного топлива урана - 235). Всего в один реактор загружается 180 т. урана.
В ядерных реакторах АЭС процесс происходит длительное время (годы). На ЧАЭС до момента аварии реактор эксплуатировался почти три года. Поэтому в отработанном топливе содержится больше долгоживущих элементов: плутония - 239, стронция - 90, цезия и др.
Все радионуклиды, которые при авариях АЭС могут загрязнить окружающую среду, условно разбиваются на три группы:
- - благородные газы - изотопы криптона и ксенона с периодом полураспада от нескольких часов до нескольких суток;
- - летучие вещества - изотопы йода, цезия и церия с периодом полураспада (кроме цезия) от нескольких часов до нескольких сотен суток;
- - нелетучие долгоживущие вещества - изотопы плутония и стронция с периодом полураспада в сотни лет.
При аварии на ЧАЭС в выбросах из аварийного реактора было выделено 23 основные радионуклиды. Сначала наибольшую опасность представлял йод - 131. Хотя его период полураспада составляет менее 8 суток, он очень активно усваивается живыми организмами, попадая внутрь с пищевыми и накапливаясь там.
Со временем большую опасность стал представлять цезий - 134 (период полураспада - 2 года) и цезий - 137 (30 лет), стронций - 90 (28 лет), плутоний - 39(20 000 лет). Опасный содержание цезия в мясе овец оказался даже в Англии через 15 месяцев после катастрофы в Чернобыле.
Таким образом, содержание радионуклидов аварийных выбросов из реакторов АЭС характеризуется относительно большим количеством долгоживущих изотопов.
Изменение активности радиоактивных веществ. Сравним активности РР, которые возникают во время ядерного взрыва (1 Мт) и аварии ядерного реактора мощностью 1 ГВт.
В первый момент радиоактивность ядерного взрыва примерно в 100 раз выше, чем ГГ ядерного реактора. Через несколько суток они выравниваются, а затем в течение долгого времени (месяцы и годы) радиоактивность ГГ аварийных выбросов из ядерных реакторов существенно превышает радиоактивность продуктов распада ядерного взрыва.
Так, через год радиоактивность выбросов АЭС примерно в 10 раз, а через 5 лет в 100 раз превышает радиоактивность продуктов ядерного взрыва. Соответственно изменяется и уровень радиации на зараженной местности.
В целом уровень радиации уменьшается в соответствии с приведенной ниже формулой:
Р - уровень радиации в момент И после взрыва; Го - уровень радиации через какое время t после взрыва; n - показатель степени, величина которого зависит от содержания радионуклидов.
Величину n можно определить экспериментально, выполнив два измерения радиации Р1, и Г, для времени t1 и t2.
Для ядерных взрывов n = 1,2, для аварии на ЧАЭС n = 0,1. Графики показывают изменение уровней радиации на местности, зараженной во время ядерного взрыва при авариях на АЭС.
Для ядерного взрыва уровень радиации на зараженной местности уменьшается по принципу 7 - 10 (за 7 дней 10 раз), а для аварий на АЭС - по принципу 7 - 2 (за 7 дней в 2 раза, точнее 2,2). Эта зависимость справедлива для совокупности радионуклидов. После распада основной массы спад активности радиации будет определяться найживучішими изотопами. Таким изотопом для выбросов АЭС является цезий - 137 (30 лет). Доля изотопов стронция - 90 и плутония - 239 относительно невелика.
Для аварии на ЧАЭС суммарное влияние основной массы изотопов будет длиться около 10 лет, после чего уровень радиации будет определяться цезием - 137. Практически в 30 километровой зоне уровень радиации составлял:
- - 1 июля 1986 г. - 6 мР/ч.;
- - 1 июля 1987 г. - 0,6 мР/ч.;
- - 1 июля 1991 г. - 0,26 мг/ч.;
- - в 1996 г. ожидается 0,2 мР/ч.
Можно ориентировочно оценить, какую дозу облучения получит население в результате длительного проживания на загрязненной местности. Человек, который поселится в этой зоне, через 10 лет после аварии за 60 лет жизни может получить такую дозу облучения:
Таким образом, длительное проживание на зараженных после чернобыльской аварии местности будет невозможно и через десятки лет (без дезактивации местности).
Сравнение последствий ядерных взрывов и аварий на АЭС показывает, что через небольшой промежуток времени после взрыва его последствия существенно больше, но иногда нанесенный ущерб от аварий на АЭС уменьшается значительно медленнее.