Чрезвычайные ситуации и ликвидация их последствий

Источники радиационной опасности. Радиация или излучение пронизывает буквально все вокруг и является неотъемлемой чертой биосферы. Каждый из нас подвергается ионизирующему воздействию излучения: в нашем организме ежесекундно происходит полмиллиона столкновений между молекулами и частицами излучения. Вместе с тем, радионуклиды являются обязательным компонентом всех живых организмов от водорослей до человека, то есть мы сами радиоактивны. Радиоактивность и сопутствующие ей ионизирующие излучения были в космосе и до возникновения Земли. Ионизирующее излучение сопровождало Большой взрыв, с которого, как полагается, началось существование нашей Вселенной 20 млрд. лет назад. Радиация постоянно наполняет космическое пространство. Радиоактивные вещества вошли в состав Земли при ее образовании и, таким образом, существовали задолго до зарождения на ней жизни. С самого начала жизнь во всех ее проявлениях на Земле развивалась на фоне постоянно действующей радиации. На протяжении биологической истории Земли содержание радионуклидов в биосфере несколько менялось по разным причинам. В настоящее время фон обуславливает дозу облучения порядка 0,001 Гр/год, получаемую любым организмом. Считается, что эта доза не вызывает видимых биологических эффектов. Более того, эта доза является необходимой для существования Земли, поскольку эта жизнь возникла, эволюционировала и существует ныне в условиях определенного радиационного фона.

Человек к существующему фону добавляет дозу излучения в результате создания им искусственных источников радиоактивности, которые стали неотъемлемой частью нашего технологического века. При этом искусственное и естественное излучение по существу не различаются между собой. С момента открытия фундаментального явления радиоактивности прошло только сто лет, однако применение радиоактивности вторглось в нашу повседневную жизнь. Успешно применяется облучение при стерилизации продуктов питания и медицинских препаратов, для предпосевной стимуляции семян и зерна, в терапии опухолей и в других отраслях человеческой деятельности вплоть до криминалистики и искусствоведения.

Использование ионизирующих излучений в науке, медицине и промышленности приносит огромную пользу. Но чрезмерные дозы облучения могут привести и приводят к катастрофическим последствиям для здоровья нашего и будущих поколений. Поэтому перед человечеством встала новая забота - о предотвращении загрязнения окружающей среды радиоактивными нуклидами и об уменьшении радиационной нагрузки населения. Для того, чтобы решить эту задачу, нужно четко представлять себе, что же служит источником радиации.

Естественный радиационный фон, также как и температура, атмосферное давление, магнитное поле Земли, сила тяготения и другие факторы, входит в состав действующих физических условий, при влиянии которых возникла жизнь во всех ее проявлениях на нашей планете. Естественный фон играет существенную роль в жизнедеятельности человека, как и все вещества окружающей среды, с которыми организм находится в состоянии непрерывного обмена. Есть основания полагать, что в отсутствии радиационного фона по-другому протекали бы химические процессы в живых организмах, да и эволюционное развитие могло пойти по иному пути.

Радиационный фон Земли складывается из трех основных компонентов:

1. космическое излучение, поступающее на Землю из космоса;
2. излучение от природных радионуклидов, рассеянных в земной коре, почве, воде, воздухе, теле человека и других объектах;
3. технологически измененный естественный радиационный фон.

Этот фон определяется как излучением от естественных источников ионизирующего излучения, так и от искусственных радионуклидов. Дополнительное облучение естественными источниками не имело бы места, если бы не использовались техногенные процессы, например: полеты на самолетах, космические полеты, использование радиоактивных веществ в медицине, науке, технике, сельском хозяйстве, выбросы ТЭС (тепловых электростанций, работающих на угле, нефти, природном газе), герметизация помещений и т.д.

Искусственные радионуклиды образуются при испытаниях ядерного оружия и выпадают на поверхность Земли, поступают при удалении радиоактивных отходов предприятий атомной промышленности и т.п.

По данным Научного Комитета по Действию Атомной Радиации (НКДАР) средняя эффективная доза для усредненного жителя нашей планеты равна 2000 мкЗв/год. Реально естественный фон колеблется от 800 мкЗв/год в одних регионах земного шара до 3000 мкЗв/год и больше - в других.

Естественные радиоактивные вещества рассеяны во всей окружающей человека среде и содержатся в почвах, природных водах, воздухе, растительных и животных организмах. В биосфере Земли находится больше 60 естественных радионуклидов, которые можно разделить на две категории: первичные и космогенные.

Первичные радионуклиды, присутствующие в различных объектах внешней среды с момента образования Земли, подразделяют на две группы: радионуклиды уранового и ториевого рядов и радионуклиды, находящиеся вне этих рядов. Основной вклад в дозу излучения над поверхностью Земли вносят радионуклиды, содержащиеся в верхнем 30-сантиметровом слое почвы.

Первичные радионуклиды находятся в угле, фосфатах (содержат уран), известняке, граните, термальных водоемах. Вулканические породы содержат около 2% калия; уран и торий распределены в них неравномерно. Остальные породы менее радиоактивны, так как содержат меньше урана и калия. Растворенный уран присутствует в водах морей и океанов.

Вторая категория естественных радионуклидов - это космогенные радионуклиды, непрерывно образующиеся при взаимодействии космического излучения с ядрами атомов, преимущественно присутствующими в атмосфере: азотом, кислородом, аргоном. На земную поверхность они поступают с атмосферными осадками. Тритий и углерод образуются в атмосфере в основном в результате воздействия нейтронов космического излучения на ядра азота. Тритий и углерод-14 являются космогенными источниками последующего внутреннего облучения живых организмов на Земле. Внешнее облучение человека указанными естественными радионуклидами вне помещений связано с их наличием в различных природных средах (почве, приземном воздухе, гидросфере, биосфере). Свинец-210 и полоний-210 поступают в окружающую среду с твердыми частицами при сжигании топлива, а также из пород, включаясь в биогенные циклы воздушными, водными и почвенными путями.

В процессе применения той или иной технологии человек может повлиять на локальное перераспределение источников радиации, что приводит к изменению радиационного фона и, соответственно, к повышенному облучению. За последние 40 лет уровень излучения во внешней среде увеличился за счет радиоактивных отходов от АЭС и предприятий атомной промышленности, главное же, за счет радиоактивных выпадений после испытаний атомного оружия. Источники внешнего и внутреннего облучения, созданные человеком, называются антропогенными или техногенными. Биосфера загрязняется дополнительно естественными радионуклидами и искусственными радионуклидами, которых еще 30-40 лет назад вообще не существовало в природе. Образующиеся биологически важные радионуклиды в ряде случаев значительно превзошли фоновый уровень своих естественных аналогов. Наибольшую потенциальную опасность представляют долгоживущие и биологически опасные радионуклиды, образующиеся при делении урана.

Техногенный радиоактивный фон от естественных радионуклидов формируется за счет широкого использования в строительстве материалов с повышенным содержанием естественных радионуклидов; сжигания ископаемого топлива (в первую очередь каменного угля), использования минеральных (фосфорных) удобрений, имеющих повышенное содержание естественных радионуклидов уранового и ториевого рядов. На фон влияют такие источники, как геотермические ЭСТ, используемые для светосостава постоянного действия некоторых приборов, таких как часы, компасы, телефонные диски, указатели "вход-выход"; цветные телевизоры; пожарные дымовые детекторы; краски, содержащие уран; керамическая или стеклянная посуда; рентгеновские аппараты для проверки пассажиров в аэропортах; полеты в авиалайнерах, космические полеты и т.д. При изготовлении особо тонких линз применяется торий, который может привести к облучению хрусталика глаза. Для придания блеска искусственным зубам используют уран, который может служить источником облучения полости рта. Установлена предельная концентрация зубного фосфора в США и ФРГ, где он в основном и производится.

Особо нужно отметить ТЭС (теплоэлектростанции), как источник естественного радиационного фона. Облучение людей происходит, главным образом, при добыче угля и за счет выбросов продуктов сгорания угольными ТЭС. Уголь, сжигаемый в ТЭС или жилых домах, содержит естественные радионуклиды и продукты их распада, что составляет 7-52 Бк/кг. Выброс радионуклидов в атмосферу зависит от зольности угля и эффективности очистных фильтров ТЭС. При сжигании каменного угля в атмосферу выбрасывается большое количество аэрозольных веществ, в которых содержатся и природные радионуклиды. Эти облака ТЭС приводят к дополнительному облучению людей, а, оседая на землю, частицы вновь возвращаются в воздух в составе пыли. Согласно оценкам, производство 1 ГВт*года электроэнергии обходится человечеству в 2чел.-3в коллективной эффективной эквивалентной дозы облучения. Сопоставления показали, что эквивалентная доза в результате выбросов угольной ТЭС существенно (в 6-10 раз) больше дозы за счет выбросов АЭС аналогичной мощности. Риск смерти от выбросов ТЭС в 400 раз выше, чем от АЭС. И это без учета выброса других вредных продуктов сгорания угля. Кроме того, ТЭС на традиционных видах топлива сжигают кислород, а АЭС не нуждается в нем и не изменяет химического состава воздуха. Из печей и каминов при использовании угля вылетает в атмосферу много зольной пыли. До последнего времени на это обстоятельство не обращали внимания. Оказывается коллективная эквивалентная доза облучения населения Земли возросла на 100000 чел.-Зв из-за сжигания угля в домашних условиях для приготовления пищи и обогрева жилищ.

Ядерная энергетика относится к техногенной части среды обитания человека. Атомные электростанции (АЭС) - это вершина цикла: разработка урановых руд, их транспортировка, обогащение, опять транспортировка, использование на АЭС, транспортировка, регенерация на специальных заводах, захоронение. Таким образом, АЭС является только частью ядерного топливного цикла (ЯТЦ). На каждой стадии ЯТЦ радиоактивные вещества попадают в окружающую среду.

Обогащение урановой породы чаще всего проводится гидрометаллическими методами. Извлекают уран в виде природного соединения . Жидкие отходы, содержащие радиоактивные вещества, могут попасть в ближайшие реки и озера. Далее концентрат поступает в установку по очистке от примесей, после чего продукт превращают в газообразную форму , необходимую в технологии разделения изотопов ( - гексафторид урана).

Подавляющее большинство энергетических и исследовательских реакторов используют уран, в котором содержание делящегося изотопа урана гораздо выше, чем в природном (0,71%). Именно этот процесс увеличения концентрации до необходимой величины называется обогащением. Данный этап осуществляется на заводах по изотопному разделению урана и здесь возможны утечки UF6. Для получения 1 кг обогащенного урана необходимо иметь 6,5 кг естественного урана. Таким образом, 5,5 кг являются отходами производства и идут в отвал.

На завод по изготовлению тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) уран чаще всего уже поступает в виде таблеток из порошка UO2. Размеры ТВЭЛов могут составлять от нескольких сантиметров до 4м. При производстве ТВЭЛов вероятность загрязнения окружающей среды тоже не исключена, хотя и мала. Дело в том, что стружки и опилки некоторых урановых сплавов являются пирофорами, то есть самовоспламеняющимися веществами. При воспламенении возможны аварийные ситуации (как это было на радиохимическом заводе в Томске в 1993 г.), и тогда в окружающую среду могут быть выброшены значительные количества концентрированного урана. Транспортировка топлива между различными предприятиями хранения ТВЭЛов тоже сопряжены с опасностью взрывов.

ТВЭЛы поступают для изготовления реактора. Активная зона реактора (зона, где расположено ядерное горючее) собирается из сотен сборок, каждая из которых содержит десятки ТВЭЛов. При работе ядерного реактора в окружающую среду не выделяется опасных количеств радиоактивных загрязнений, поскольку радиоактивные вещества заключены в мощные оболочки и контуры, откуда они могут быть выброшены только при авариях. В реакторе мощностью 100 МВт в течение года работы образуется около 160МКи ( ) радиоактивных веществ, в том числе около 20 МКи изотопа йода, 12 Мки инертных газов и 0,2 Мки 90Sr. При нормальной работе реактора в нем образуется 20% газообразных и летучих веществ. При надежных условиях защиты и сложной системе очистки в атмосферу попадает незначительный процент этих веществ. Но утечки все же имеют место и происходят выбросы радиоактивных газов, наиболее существенными из которых являются тритий, криптон, ксенон, углерод.

Заключительная часть ЯТЦ состоит в хранении отработавшего топлива, транспортировании его от АЭС к радиохимическому заводу, переработке облученного топлива на радиохимическом заводе, регенерации его, хранении радиоактивных отходов и захоронении их. На этапе регенерации разработанная технология позволяет восстановить урана и плутония, содержащихся в отработанных ТВЭЛах. Использование 1 кг плутония экономит 140 кг естественного урана. Общее накопление плутония на 2000г. превысило 1500т. Отходы переводятся в физико-химическую форму, удобную для хранения и захоронения, чтобы они не проникали в биосферу в опасной концентрации.

Предприятия регенерации ядерного топлива являются источниками радиоактивного загрязнения среды: сбрасывают сточные радиоактивные воды, хотя и в пределах допустимых концентраций. Следовательно, в окружающей среде неизбежно накопление радиоактивных загрязнений и их уровень необходимо тщательно контролировать.

Радиоактивные отходы (РАО) - это побочные биологически и технически вредные вещества, содержащие образовавшиеся в результате технической деятельности человека радионуклиды. Активность РАО определяется главным образом искусственными радионуклидами, имеющими период полураспада не менее нескольких часов. В процессе образования РАО и их уничтожения существуют следующие основные этапы: улавливание, концентрирование, упаковка, хранение, захоронение. Захоронение РАО - это актуальная и сложная проблема. Отходы будут радиоактивны в течении миллионов лет, таким образом, являясь главным долгоживущим источником облучения населения, связанным с атомной энергетикой. Надо разрабатывать надежные методы изоляции радиоактивных веществ из окружающей человека среды, рассчитанные на десятки, сотни и тысячи лет. В захоронении РАО существует два направления: локальное и региональное. Локальное связано с захоронением РАО на месте образования. Это удобно во многих отношениях, но опасно, так как приводит к увеличению опасных зон. С другой стороны, региональный подход стоит дороже и требует безопасности перевозок отходов.

В результате работы ядерного топливного цикла возникает три категории отходов: газообразные, жидкие, твердые. Для газообразных отходов особенно важен этап улавливания, а их отвод происходит через высокую трубу. Жидкие отходы АЭС представляют собой высокоминерализированные растворы с солесодержанием 150-200 г/л. Они хранятся в специальных железобетонных резервуарах, облицованных стальным листом. Общая активность отходов, образующихся за год работы АЭС, составляет 50-2000 Ки ( ). Загрязненная вода в процессе эксплуатации реактора и проведения ремонтных работ подвергается очистке и вновь используется. Для захоронения жидкие отходы переводят в твердое состояние, концентрируя их и включая в стеклообразную массу, а затем помещают в металлическую оболочку, бетонные блоки или пористые керамические материалы. Наиболее многочисленны твердые отходы. На АЭС - это отработанное оборудование, использованные фильтры вентиляционных систем, загрязненный стройма териал, обтирочные материалы, спецодежда и др. Хранение твердых отходов осуществляется в бетонированных подземных помещениях. Негорючие отходы прессуют, после чего их объем уменьшается в 3-10 раз. Крупногабаритное оборудование предварительно разбирают и разрезают в специальных камерах.

Особым видом РАО являются твердые отходы, образующиеся при переработке урановых и ториевых руд и при их обогащении. Вблизи действующих обогатительных фабрик уже накопилось свыше 350 млн. тонн отходов. Места захоронения этих отходов должны быть прикрыты землей, растительностью или заизолированы другими методами. Например, отвалы рудников можно заасфальтировать или покрыть поливинилхлоридом. Покрытия необходимы для защиты от выветривания и вымывания водой.

Для захоронения РАО наиболее пригодны глубокие шахты и штольни, преимущественно в каменной соли. Используются скважины в глинах или скальных породах. В любом случае место захоронения должно характеризоваться высокой водонепроницаемостью. Предохранение от миграции радионуклидов с грунтовыми водами - первоначальная проблема захоронения. Необходимо знать механизм циркуляции подземных вод, так как именно они являются переносчиками радионуклидов в биосферу из подземных захоронений. Своеобразными участками захоронения являются места подземных ядерных взрывов. Пункты захоронения радиоактивных отходов должны быть зарегистрированы местными и государственными органами для ограничения использования этих мест на любой временной срок. Эти места изолируют от прилежащих районов. Вблизи отвалов нельзя строить дома для людей, материалы отвалов нельзя использовать ни как материалы для засыпки при строительстве зданий, ни в качестве конструкционного материала из-за выделения радона из радия.

Существует еще такой способ как удаление отходов на дно океана. Способ заманчив из-за простоты и дешевизны. Но в конечном итоге защитная оболочка контейнера разрушится и радионуклиды попадут в гидросферу. Практика сброса жидких отходов на дно океана применяется некоторыми странами. С 1967 по 1972 гг. в Атлантический океан сброшено примерно 30 тысяч тонн отходов, общая активность которых составила 6500 Ки = 240 ГБк. В районе сбросов наблюдается повышение радиоактивности. Радионуклиды сорбируются морской флорой и фауной. В настоящее время разрешено сбрасывать в воды океана только отходы низкой и средней активности. Удаление отходов находится под строгим контролем МАГАТЭ.

Доза облучения населения за счет всего ЯТЦ небольшая и на начало 80-х годов она составила лишь 0,005% естественного радиационного фона. Сейчас этот показатель приблизился к 0,5% , т.е. современные АЭС практически не меняют радиационную обстановку в зонах их расположения.

Ситуация может сильно измениться в случае крупных аварий. В истории атомной энергетики самой крупной по масштабам и последствиям для населения аварией является авария на Чернобыльской АЭС (Украина) в 1986г. Там произошел тепловой взрыв и разрушение реактора. Чернобыльский реактор не имеет защитного корпуса, что и определило большой выход радиоактивных веществ за пределы станции при разрушении зоны реактора. В атмосферу было выброшено много радиоактивных веществ, суммарная активность которых Бк (50 МКи), что составляет 3,5% от общего их количества в реакторе. В результате изменения направления ветра образовался широкий разброс активных веществ. Рассеивание радионуклидов приняло глобальный характер: радиоактивность распространилась практически по всему миру и в орбиту воздействия радиации оказались вовлеченными огромные контингенты населения. Выпадение произошло на большой территории Европейской части бывшего СССР. Около 70% наиболее загрязненной территории пришлось на долю Белору ссии. Имел место трансграничный перенос значительного количества радионуклидов. Другая крупная авария произошла в 1979г. в США на острове Трех миль, когда была высвобождена активность 1018 Бк. Но так как реактор с толстостенным корпусом и окружен герметическим куполом, то выброса в атмосферу, а значит, и рассеяния радионуклидов, не произошло. Обе эти аварии явились следствием нарушения культуры безопасности, технологической дисциплины, а не следствием технологических дефектов оборудования.

Государственное управление в области обеспечения радиационной безопасности, государственный надзор и, контроль за ее обеспечением, общие требования к обеспечению радиационной безопасности, в том числе при радиационной аварии, права и обязанности граждан и общественных объединений в области обеспечения радиационной безопасности, а также ответственность за невыполнение требований к обеспечению радиационной безопасности устанавливает Федеральный закон "О радиационной безопасности населения" от 09 января 1996 г. №3 - ФЗ.