Аварії з викидом радіоактивних речовин

З усіх можливих аварій на радіаційно небезпечних об’єктах найбільш масштабними є аварії на атомних електростанціях з викидом радіоактивних речовин у навколишнє середовище. Також потенційною небезпекою для України є можливі аварії на АЕС РФ з викидом радіоактивних речовин.

За час експлуатації АЕС у світі (перша атомна станція почала працювати у 1954 р.) відбулося шість значних аварії:

· 1957 рік, Уїндськейле, Великобританія;

· 1979 рік, Гарисберг (Трі-Майл-Айленд), США;

· 1986 рік, Чорнобиль, Україна (Радянський Союз);

· 2011 рік, Фукусіма, Японія.

Отже, станом на 2014 р. практична ймовірність катастрофічних аварій на АЕС в середньому становить 1 раз на 14,5 років.

Аварії на АЕС характеризуються значною тривалістю викидів, від декількох годин до декількох діб і навіть тижнів. За цей час напрямок вітру сильно змінюється. А розмір і конфігурація зон радіоактивного забруднення важко прогнозується і розраховується. Хоча при ідеальних погодних умовах зони радіоактивного забруднення, як і у випадку ядерного вибуху мають форму еліпсів.

При аваріях на АЕС виникають дрібнодисперсні аерозолі розміром 0,5-3 мкм, які здатні тривалий час знаходитись у зваженому стані та розповсюджуватися за допомогою вітру на значні відстані. Крім того кількісний і якісний склад радіонуклідів при ававрії на АЕС має відмінність від ядерних вибухів. Ця відмінність полягає у тому, що у працюючому реакторі частка ізотопів з невеликим часом напіврозкладу відносно менша за частку ізотопів з великим часом напіврозкладу, які поступово накопичуються в реакторі із часом. Однак за рахунок великої маси палива у реакторі (так для водо-водяних енергетичних реакторів ВВЕР-1000 - це 66 т двоокису урану із концентрацією збагаченого урану 235 - 4,4 %) в ньому утворюються значна кількість летких радіонуклідів шляхетних газів (криптону та ксенону), йоду, цезію, тритію, вуглецю, які на початку аварії формують радіоактивну хмару разом із великою кількістю нелетких ізотопів у вигляді тонкодисперсного пилу, які мають великий час напіврозкладу наприклад урану, плутонію, европію, церію, рутенію, стронцію. Загальна активність радіонуклідів в реакторі може сягати 1,5÷17 ГКи [8, 11, 36],а кількість викиду активності може складати декілька відсотків від загальної активності реактора. Наприклад у випадку Чорнобильської катастрофи викид радіонуклідів по активності складав біля 0,05 ГКи [8, 11, 15], це приблизно 0,3÷3,3 % від загальної активності радіонуклідів у реакторі.

Все це зумовлює те, що радіоактивне забруднення місцевості при аварії на АЕС відбувається на тривалий час, а площа зараження, набагато більша ніж при ядерних вибухах. Деякі дані по радіонуклідному складу аварійного викиду на Чорнобильській АЕС наведений нижче у таблиці 3.6 [15].

У випадку ававрії на АЕС виділяють п’ять зон забруднення місцевості радіоактивними продуктами: зона М (радіаційної небезпеки), рівень радіації на першу годину після аварії на межах зони Р₁ = 0,014 ÷ 0,14 рад/год, доза за перший рік після аварії D_∞ = 3 ÷ 50 рад; зона А (помірного забруднення), Р₁ = 0,14 ÷ 1,40 рад/год, D_∞ = 50 ÷ 500 рад; зона Б (сильного забруднення), Р₁ = 1,40 ÷ 4,20 рад/год, D_∞ = 500 ÷ 1500 рад; зона В (небезпечного забруднення), Р₁ = 4,20 ÷ 14,20 рад/год, D_∞ = 1500 ÷ 5000 рад; зона Г (надзвичайно небезпечного забруд20нення), рівень радіації за годину після аварії від Р₁ = 14,20 рад/год, доза за перший рік після аваріївід D_∞ = 5000 рад до 10 000 рад.

Нижче наводяться розрахунки приблизних меж зон радіоактивного забруднення у вигляді еліпсів, при аварії на реакторі типу ВВЕР-1000 (потужність 1 ГВт) при відсотку виходу активності 30 % і швидкості вітру в межах від 2 до 10 м/с [32]:

;

;

;

;

;

де L_P – приблизна довжина зон, км;

B_Р – приблизна ширина зон, км;

Р – рівень радіації на межі зони (0,014 для зони М; 0,14 для зони А; 1,4 для зони Б; 4,2 для зони В; 14 для зони Г), рад/годину;

S_{М,А,Б,В,Г} – площа зони М, А, Б, В, Г у км².

Після аварії на АЕС рівень радіації спадає за таким законом:

де Р – рівень радіації на любий заданий час від моменту аварії, Р/год;

Р₁ – рівень радіації через годину після аварії, Р/год;

m – коефіцієнт, для продуктів при аваріях на АЕС може бути в межах 0,26÷0,86;

t – час, який сплинув після аварії, години.

Залежність відносного рівня радіації від часу при аварії на АЕС, зображена в таблиці 3.7. З таблиці видно, що після 150 діб (3600 годин) рівень радіації падає до 3,8 % від рівня радіації на першу годину після аварії, який прийняли за 100 %.

Для розрахунку дози D, яку отримує людина під час знаходження на теріторії з рівнем радіації Р_п та часом входу t_п, який пройшов після аварії на АЕС до рівня радіації Р_к та часом виходу t_к із забрудненої території, який пройшов після аварії на АЕС, необхідно використовувати формулу (наприкла при m=0,4):

Надійним захистом від радіоактивного забруднення після аварії на АЕС є укриття у захисних спорудах: сховищах, протирадіаційних укриттях, перекритих щілинах, підвальних приміщеннях промислових та житлових будівель тощо, принаймі у перші дві-три доби з подальшою евакуацією. Від радіоактивного пилу необхідно використовувати засоби індивідуального захисту – протигази, респіратори, протипилові маски, одяг із щільної тканини, накидки та ін.

Можливі санітарні та безповоротні втрати населення у вогнищах ураження радіоактивними опадами можна визначити за формулою:

де N_СВ, N_БВ, N_ПБВ – можливі санітарні, безповоротні та потенційні онкологічні втрати серед ураженого населення, чол.;

N_і – можлива кількість ураженого населення дозою ≥ 1 Зв в зоні ураження з початковим рівнем зараження Р_п, чол.;

S_і – площа і-ї зони з початковим рівнем зараження Р_п, км²;

γ_мі – середня щільність населення у і-ій зоні зараження, чол./км²;

К_см – коефіцієнт смертності людей від променевої хвороби, який залежить від дози опромінення та рівня отримання лікарської допомоги (див. таблицю «Ступені важкості променевої хвороби»);

К_осл – середній коефіцієнт ослаблення гамма-випромінювання для населення, яке знаходиться на забрудненій території;

К_онк – коефіцієнт підвищення імовірної смертності від онкозахворювання на кожний 1 Зв – 1,05 - 1,1 (або 5-10 %) по відношенню до звичайного рівня, який наприклад для 2009 р. в Україні складав 0,002 (доля померлих від онкозахворюваннь);

D_мі – доза випромінювання, яку населення може отримати під час знаходження на забрудненій території з рівнем випромінювання Р_п;

n – кількість зон, які піддалися радіоактивному забрудненню, шт.

Середній коефіцієнт ослаблення гамма випромінювання для населення, яке знаходиться на забрудненій території за час від початку опромінення до часу евакуації з неї можна розрахувати за формулою:

де Т – період часу впродовж якого населення знаходиться на збрудненій території, годин;

t_і – час впродовж якого населення перебуває у захисних спорудах на забрудненій території із коефіцієнтом ослаблення К_і, годин.

K_і – коефіцієнт ослаблення гамма випромінювання захисною спорудою в якій знаходиться людина підвал, квартира, дім, транспортний засіб тощо.

Під час аварії на АЕС із викидом радіоактивних ізотопів у навколишне середовище, населення найближчих міських пунктів попереджується за домомогою ЗМІ та спеціального сигналу сирени та гучномовців: «Увага всім! Радіаційна небезпека!», після чого дається коротка інформація про небезпечну ситуацію та інструктаж населення.

Дії людини при аварії на АЕС із викидом радіоактивних речовин.

Якщо аварія застала Вас вдома:

· негайно вдягти протипилові маски та щільний одяг;

· на вулицю виходити тільки за потребою й максимально скоротити час знаходження на відкритому просторі;

· загерметизувати дім, закрити та заклеїти вікна, вентиляційні отвори;

· зробити запас води та їжі на декілька днів;

· приготувати речі для евакувації (документи, гроші, змінний одяг і взуття, спальні речі, воду та їжу, столові прибори тощо);

· вживати препарати стабільного йоду (КІ – 125 мг, або настойку йоду 44 кап. на добу внутрішньо/нашкірно);

· чекати та слухати по радіо та телеефіру вказівки від влади та МНС.

Питання до теми 3. ХАРАКТЕРИСТИКА ВОГНИЩ УРАЖЕННЯ ПРИ РАДІАЦІЙНИХ ІНЦИДЕНТАХ.

1. Дайте коротку характеристику об’єктам, які мають справу з радіоактивними елементами і несуть потенціальну загрозу людям та назвіть основні види радіаційних інцидентів.

2. Дайте характеристику ядерному вибуху. Що таке тротиловий еквівалент потужності ядерної зброї? Класифікація ядерної зброї за потужністю та видом заряду. Різновиди ядерних вибухів. Основні види уражаючих факторів ядерної зброї.

3. Дайте характеристику ударній хвилі (привести визначення, основні параметри та механізм ураження людини). Визначте границі зон ураження ударною хвилею від наземного вибуху ядерного заряду в 1 кт. Опишіть дії людей під час ядерного вибуху.

4. Дайте характеристику світловому випромінюванню (привести визначення, основні параметри та механізм ураження людини). Визначте границі зон ураження світловим випромінювання від повітряного вибуху ядерного заряду в 1 кт. Опишіть дії людей під час ядерного вибуху.

5. Дайте коротку характеристику різним видам ядерного вибуху. Розрахуйте приблизні параметри вогняної кулі (діаметр та час світіння) та параметри воронки у ґрунті (діаметр та глибина), а також тривалість світлового імпульсу при наземному вибуху ядерного заряду потужністю в 1 кт. Опишіть дії людей під час ядерного вибуху.

6. Дайте характеристику проникаючій радіації при ядерному вибуху (види, тривалість дії, вплив на людину). Види доз випромінювання. Ступені променевої хвороби. Обрахувати межі небезпечних зон для проникаючої радіації при наземному вибуху ядерної бомби потужністю 1 кт.

7. Дайте характеристику радіоактивному забрудненню території, та наведіть межі зон радіоактивного забруднення. Розрахуйте межі зон (довжину) радіоактивного забруднення території при наземному ядерному вибуху заряду в 1 кт за ідеальних умов навколишнього середовища (вітер постійний без зміни напряму, швидкість 25 км/годину). Опишіть порядок дій населення на забрудненій території.

8. Розрахуйте еквівалентну дозу, яку може отримати людина на забрудненій радіонуклідами зоні Б за перші дві доби після вибуху. Вихідні дані: максимальний рівень радіації на території де знаходиться людина після вибуху складає Р₁ = 200 рад/годину; час знаходження на забрудненій території 24 години, починаючи від встановлення максимального рівня радіації.

9. Дайте характеристику електромагнітному імпульсу, який виникає під час ядерного вибуху (що уражається, чи впливає він на людей, способи захисту). Обчислити приблизний радіус ураження електроприладів від ЕМІ, при наземному ядерному вибуху, потужністю 1 кт. Опишіть дії населення під час несподіваного ядерного вибуху.

10. Дайте коротку характеристику аварій на атомних електростанціях з викидом радіоактивних речовин (практичну частоту появи, характеристику процесу викиду та величину, конфігурацію й рівень радіації зон радіоактивного забруднення території). Розрахуйте приблизну довжину, зон радіоактивного забруднення території за «ідеальних умов аварії». Вихідні дані: швидкість вітру – 15 км/ч. Назвіть основні дії населення при попередженні про аварії на АЕС.

11. Розрахуйте еквівалентну дозу, яку може отримати людина на забрудненій радіонуклідами зоні А за перші дві доби після аварії на АЕС. Вихідні дані: максимальний рівень радіації на території де знаходиться людина після аварії складає Р₁ = 1,4 рад/годину; час знаходження на забрудненій території 12 годин, починаючи від встановлення максимального рівня радіації.

12. Дайте коротку характеристику аварій на атомних електростанціях з викидом радіоактивних речовин (практичну частоту появи, характеристику процесу викиду та величину, конфігурацію й рівень радіації зон радіоактивного забруднення території). Розрахуйте приблизну довжину зон радіоактивного забруднення території за «ідеальних умов аварії». Вихідні дані: реактор на Запорізькій АЕС; швидкість вітру – 25 км/ч. Назвіть основні дії населення при попередженні про аварії на АЕС.

13. Дайте характеристику радіоактивному забрудненню території, та наведіть межі зон радіоактивного забруднення. Розрахуйте рівень радіації на відстані за віссю від осередка вибуху 0,5; 1,0; 2,0; 5,0; 10,0 та 20,0 км при наземному ядерному вибуху заряду в 1 кт за ідеальних умов навколишнього середовища (вітер постійний без зміни напряму, швидкість 25 км/годину). Опишіть порядок дій населення на забрудненій території.

14. Дайте характеристику ударній хвилі (привести визначення, основні параметри та механізм ураження людини). Визначте надлишковий тиск в ударній хвилі від наземного вибуху ядерного заряду в 1 кт на відстані від центру вибуху 0,5; 1,0; 2,0; 5,0 та 10,0 км. Опишіть дії людей під час ядерного вибуху.

15. Дайте характеристику світловому випромінюванню (привести визначення, основні параметри та механізм ураження людини). Визначте інтенсивність світлового випромінювання від повітряного вибуху ядерного заряду в 1 кт на відстані від центру вибуху 1,0; 5,0; 10,0 та 20,0 км. Опишіть дії людей під час ядерного вибуху.

16. Розрахуйте швидкість розповсюдження ударної хвилі, а також швидкість повітря за нею для заряду у 1 кт на відстані від центру наземного вибуху в 1 км, 5 та 10 км. Опишіть дії людей під час ядерного вибуху.