Радиационные аварии, сопровождавшиеся попаданием радионуклидов в окружающую среду и облучением персонала.

Чернобыльская АЭС, оснащенная РБМК-1000, расположена на севере Украины, вблизи границ с Беларусью й Брянской областью России. 25 апреля 1986 года перед остановкой реактора на плановый ремонт был начат эксперимент, который заключался в получении электроэнергии в режиме «выбега турбины», то есть при вращении турбины по инерции после прекращения подачи на нее пара. Подобные эксперименты проводились ранее и воспринимались как обычная техническая процедура. Персонал энергоблока приступил к снижению мощности с рабочего уровня до некоторого значения, ниже которого продолжительная работа реактора запрещена из-за возникающей неустойчивости технологических параметров. Согласно программе эксперимента, в процессе снижения мощности была отключена система аварийного охлаждения реактора. По мере дальнейшего снижения мощности в результате ошибки оператора при переключении режима регулирования произошло резкое снижение мощности (0 часов 28 минут 26 апреля), в результате чего в активной зоне реактора выросла концентрация ксенона-135 (так называемое «отравление реактора»). Как следствие, снизилась управляемость реактором - ситуация отнюдь не катастрофическая, предусмотренная при эксплуатации реактора. В этих условиях, согласно нормативным документам, реактор следует остановить. Персонал принял решение не останавливать работу, а поднимать мощность до того уровня, который был запланирован для проведения испытаний. Для повышения мощности в сложившихся условиях регулирующие стержни пришлось поднять настолько, что с их помощью управлять процессами, происходящими в активной зоне, стало практически невозможно. Несмотря на это эксперимент продолжался. Чтобы не произошло срабатывания целого ряда автоматических систем защиты, останавливающих реактор в условиях нестабильного управления, все они были отключены. В результате персоналу удалось стабилизировать процессы в реакторе, и было решено начать эксперимент: подача пара на турбину была прекращена, соответственно, уменьшился съем тепла с активной зоны, кипение в ней усилилось. Далее «сработала» конструктивная особенность РБМК, которая впоследствии дала почву для критики этого типа реакторов - при увеличении количества пара увеличивается мощность реактора. Когда рост мощности вынудил персонал принять решение об остановке реактора, сделать это было уже невозможно. Быстрое возрастание мощности (в сотни раз), другими словами - резкое увеличение температуры топлива, привели к интенсивному вскипанию теплоносителя (воды) и образованию большого объема пара за очень короткое время. Этот пар «разорвал» реакторное помещение (1 час 24 минуты 26 апреля) - то есть произошел тепловой взрыв. Предполагается, что высокие температуры привели к возникновению экзотермических химических реакций, приведших к образованию водорода и окиси углерода, которые при смешивании с кислородом воздуха привели к еще одному взрыву.

В результате взрыва был разрушен реактор и здание, в котором он находился. В окружающую среду были выброшены фрагменты топлива и графитовой кладки (замедлителя). В оставшемся топливе некоторое время продолжалась реакция деления, от саморазогрева оно расплавилось и расплавило окружающие материалы, реакция постепенно затухала, но высокая температура топлива привела к пожарам, вследствие которых радионуклиды продолжали поступать в окружающую среду.

Первостепенной задачей ликвидации аварии было тушение пожаров, предотвращение радиоактивных выбросов и переоблучения населения. Люди, проживавшие на территориях, получивших наибольшее загрязнение, были эвакуированы. В первую очередь, это жители Припяти, которые были вывезены в течение 40 часов после взрыва. Поскольку несколько дней после аварии радионуклиды продолжали поступать из разрушенного реактора в атмосферу, а погодные условия (направление ветра) могли измениться, было принято решение отселения всех жителей в радиусе 30 км от станции.

Очаг аварии локализовали, начав 27 апреля забрасывание шахты реактора теплоотводящими и адсорбирующими материалами с вертолета. Основная масса такого материала была сброшена до 2 мая. К 6 мая выброс радиоактивности перестал быть существенным, к концу мая обстановка нормализовалась.

С первых дней после аварии в целях снижения доз облучения населения осуществлялось переселение, дезактивация и захоронение радиоактивных отходов, ограничение доступа на загрязненные территории и прекращение хозяйственной деятельности, специальные меры в сельском и лесном хозяйстве, ограничение потребления загрязненных продуктов питания и другие. Был проведен огромный объем дезактивационных работ, в том числе в 472 населенных пунктах на западе Брянской области. Действия по ликвидации последствий аварии привели к возникновению большого количества радиоактивных отходов и загрязненного оборудования, для их хранения были организованы около 800 площадок.

В течение нескольких месяцев над разрушенным реактором было построено железобетонное сооружение, изолировавшее его от окружающей среды - так называемый «Объект "Укрытие", или «саркофаг». В нем осталось около 97% исходного топлива, что составляет примерно 180 тонн.

В результате аварии было выброшено 3-3,5% топлива реактора, в том числе примерно 0,3% оказались на площадке энергоблока, около 1,5% попали на территорию в радиусе 80-километровой зоны, около 1,5% на остальной территории СССР и менее 0,1% за его пределами. Суммарная активность попавших в окружающую среду радионуклидов по разным оценкам от 2 до 10 ЭБк. Наиболее вероятные на настоящее время оценки - 1,8 ЭБк (примерно 50 МКи) долгоживущих радионуклидов и 1,5 ЭБк (примерно 40 МКи) короткоживущих.

Основная часть радионуклидов попала в окружающую среду в составе частиц мелкодиспергированного (измельченного) топлива (диоксида урана), остальная часть - в виде летучих веществ (инертные газы, галогены, щелочные металлы, группа теллура). Выброс включал радионуклиды многих элементов, большинство из которых либо составляли малую долю общей активности, либо имели малый период полураспада. Радиоэкологические последствия аварии определяют в основном лишь два из них йод-131 и цезий-137, а также в меньшей степени стронций-90 и плутоний.

В результате чернобыльской аварии произошел крупный региональный выброс радионуклидов в атмосферу с последующим радиоактивным загрязнением окружающей среды. Радиоактивное загрязнение затронуло множество европейских стран. Наиболее пострадавшими оказались три бывшие республики Советского Союза, в настоящее время Беларусь, Российская Федерация и Украина. Выпавшие радионуклиды постепенно распадались и переносились в пределах атмосферной, водной, земной и городской сред, а также между ними.

Большую часть выброса составляли радионуклиды с коротким периодом физического полураспада; долгоживущие радионуклиды были выброшены в меньшем объеме. Распад многих выброшенных в результате аварии радионуклидов уже завершился. Выбросы радиоактивных изотопов йода вызвали проблемы непосредственно после аварии.

Городская среда

В городах радионуклидами были загрязнены открытые поверхности, такие, как луга, парки, улицы, дороги, площади, крыши и стены. Особенно высокие концентрации ¹³⁷Cs были обнаружены вокруг домов, где дождем радиоактивные материалы были перенесены с крыш на землю.

Благодаря ветру, дождям и человеческой деятельности, включая дорожное движение, мытье улиц и очистку, уровень загрязнения поверхностей радиоактивными материалами в местах проживания и отдыха был значительно снижен в течение 1986 года и в последующие годы. Одним из последствий этих процессов явилось вторичное загрязнение систем канализации и мест скопления ила и сточных вод.

В настоящее время мощность дозы в воздухе над твердыми поверхностями вновь установилась на фоновом уровне, наблюдавшемся до аварии. Повышенная мощность дозы в воздухе остается лишь над нетронутой почвой в садах, огородах и парках.

Сельскохозяйственная среда

На первоначальном этапе прямое выпадение многих различных радионуклидов на поверхность играло главную роль в загрязнении сельскохозяйственных растений и потребляющих их животных. Непосредственно после аварии наибольшую озабоченность вызвали выбросы и выпадения изотопов радиоактивного йода, но эта проблема была ограничена первыми двумя месяцами вследствие короткого периода физического полураспада (8 дней) наиболее важного изотопа йода - 131. Радиоактивный йод в высоких концентрациях быстро попадал в молоко в Беларуси, Российской Федерации и Украине, приводя к значительным дозам облучения щитовидной железы среди тех, кто потреблял молоко, особенно среди детей. В других странах Европы последствия аварии были различными; повышенные уровни радиоактивного йода в молоке наблюдались в некоторых загрязненных южных районах, где молочный скот уже содержался на открытом воздухе.

Различные виды сельскохозяйственных растений, в частности листовые овощи и зелень, были также загрязнены радионуклидами в различной степени в зависимости от уровней выпадений и стадии произрастания.

Первоначальное существенное снижение уровня перехода радионуклидов в растительность и к животным происходило в связи с выветриванием, физическим распадом, миграцией радионуклидов вниз по колонке грунта и снижением бионакопления радионуклидов в почве. После первоначального периода концентрации радиоактивного цезия в пищевых продуктах стали зависеть не только от уровней выпадений, но также от видов почвы, методов земледелия и типов экосистемы.

Лесная среда

После чернобыльской аварии наиболее высокие уровни поглощения радиоактивного цезия были зарегистрированы в лесной растительности и обитающих в лесах и на возвышенностях животных, где наивысшая концентрация ¹³⁷Cs была обнаружена в продуктах лесного происхождения вследствие постоянной регенерации радиоактивного цезия в лесных экосистемах. Особенно высокие концентрации ¹³⁷Cs были обнаружены в грибах, ягодах и дичи, и эти высокие уровни сохраняются со времени аварии. Таким образом, хотя произошло общее снижение величины доз облучения в связи с потреблением сельскохозяйственных продуктов, высокие уровни загрязнения в лесных пищевых продуктах до сих пор превышают уровни вмешательства во многих странах. Следует ожидать, что это будет продолжаться в течение нескольких ближайших десятилетий.

Большой перенос радиоактивного цезия по схеме лишайник-оленина-человек наблюдался после чернобыльской аварии в северных арктических и субарктических территориях Европы.

Лесные пожары увеличили концентрации радионуклидов в воздухе в 1992 году, хотя не в большой степени. Возможные радиологические последствия лесных пожаров широко обсуждались, но не ожидается, что они вызовут какие-либо проблемы с переносом радионуклидов из загрязненных лесов, за исключением, возможно, наиболее близко прилегающих к пожару территорий.

Водная среда

Радионуклиды чернобыльского выброса загрязнили поверхностные водные системы не только в районах, прилегающих к площадке реактора, но также и во многих других частях Европы. Первоначальное загрязнение воды в основном было вызвано прямым выпадением радионуклидов на поверхности рек и озер, и основную его часть составляли короткоживущие радионуклиды.

Загрязнение водной среды быстро снизилось в течение нескольких недель после выброса путем разбавления, физического распада и поглощения радионуклидов почвами. В отношении озер и водохранилищ осаждение взвешенных частиц на дно также играло важную роль в понижении уровней содержания радионуклидов в воде. Донные отложения являются важным долговременным местом нахождения радионуклидов.

Первоначальное поглощение радиоактивного йода рыбой было быстрым, но его концентрации резко уменьшились, прежде всего, благодаря физическому распаду.

В долгосрочной перспективе вторичное загрязнение, вызванное вымыванием долгоживущих¹³⁷Сз и ⁹⁰Sr из загрязненных почв, и их перенос из донных отложений продолжается (на гораздо более низком уровне) и в настоящее время. В настоящее время концентрации радионуклидов в поверхностных водах низкие; поэтому орошение поверхностными водами не является проблемой.

Радиационный мониторинг и анализ обстановки на загрязненных территориях начались с первого дня аварии и продолжаются по сей день. Исследования осуществлялись в основном специалистами Росгидромета («Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды»), то есть независимой от ядерной отрасли организацией, а также специалистами Минатома, Минздрава, Мингеологии, Минобороны, научными учреждениями Академии наук СССР (позже национальных Академий России, Украины, Беларуси), других ведомств и многочисленными международными комиссиями.

В соответствии с действующими законодательствами Белоруссии, Российской Федерации и Украины к категории «пострадавших» отнесено около 6,5 млн человек и 145 тыс. км² территории.

Объект «Укрытие» (или, как его часто называют «саркофаг») - это сложное железобетонное сооружение над разрушенным энергоблоком, оснащенное системами ядерной и радиационной безопасности, контроля за состоянием реактора и разрушенных конструкций.

Сооружение саркофага было исключительно сложной работой, выполненной в экстремальных условиях и при необходимости построить защиту в кратчайшие сроки. Из-за высокого радиационного фона работы по его сооружению приходилось вести методами дистанционного управления. К этому следует добавить, что «Укрытие» изначально не планировалось как окончательное сооружение, способное полностью герметизировать находящиеся внутри радионуклиды - на тот период решалась задача построить защиту как можно быстрее и предотвратить выброс большого количества радионуклидов в окружающую среду. Проектный срок службы «Укрытия» 30 лет. На прошедший период и ближайшую перспективу (при соответствующем техническом обеспечении) саркофаг выполнил свою задачу. Сейчас звучит критика того, что объект был построен с нарушением норм строительства, Некоторые связующие звенья конструкции ненадежны.

Кроме того, за 15 лет саркофаг «постарел». Возможные неблагоприятные сценарии - это доступ воды внутрь и выход радионуклидов в грунтовые воды, частичный обвал конструкций. В течение последних лет ведутся проработки вариантов преобразования саркофага в долгосрочный экологически безопасный объект. Еще в 1992 году правительством Украины был объявлен международный конкурс - и тогда, и позже были представлены проекты, позволяющие решить поставленную задачу, но реальные работы упираются в проблему финансирования (в широком смысле).

 

Авария на Три-Майл-Айленд (США, Харрисберг) является второй по величине в истории мировой атомной энергетики. Она привела к очень небольшим, но все же выбросам радионуклидов за пределы станции. При аварии никто не пострадал.

Авария заключалась в том, что постепенная утечка теплоносителя (воды) привела к частичному расплавлению топлива и высвобождению радионуклидов, содержавшихся в нем. За пределы корпуса реактора вышло 25% радиоактивного йода, около 53% цезия, но в окружающую среду за пределы внешних защитных сооружений реактора выделилась малая доля радиоактивных продуктов. Причина формулируется как «сочетание отказа оборудования и неспособность операторов понять состояние реактора».

После аварии было проведено как минимум 12 эпидемиологических исследований, сформирован центр по изучению аварий и основан институт работы атомной энергетики. Население получило исключительно малые дозы, по оценкам различных источников коллективная доза составляла от 0,5 до 50 чел.-Зв. Наиболее вероятная оценка, данная в результате правительственного расследования, составляет 5 чел.-Зв при максимальных индивидуальных дозах менее 1 мЗв. Таким образом, даже при использовании линейной беспороговой гипотезы, авария не может привести к неблагоприятным последствиям для населения в будущем.

 

Крупная авария произошла в 1957 году на ПО «Маяк» г. Озерск, эту аварию называют также «Кыштымской» по названию озера. «Маяк» был сверхсекретным предприятием, выполнявшим тяжелейшую и жизненно важную задачу создания первых отечественных военно-ядерных технологий.

Авария произошла в результате нарушения системы охлаждения одной из емкостей хранения высокоактивных жидких отходов. За счет высокой концентрации радионуклидов такие растворы выделяют тепло, поэтому емкости необходимо охлаждать. Кроме радионуклидов эти растворы содержали большое количество органических веществ (они использовались в качестве экстрагентов) и нитратов (для растворения облученного урана использовалась азотная кислота). В результате нарушения теплоотвода произошло высыхание раствора и образование взрывоопасной нитрат-органической смеси, а саморазогрев привел к ее взрыву. Сильнозагрязненными оказались территории Челябинской, Свердловской и Тюменской областей.

Сразу после аварии были проведены оперативные действия по эвакуации населения и ликвидации последствий аварии - на вторые сутки после аварии госпитализировано около 100 человек, подвергшихся облучению выше допустимых доз, оказана медицинская помощь, случаи заболевания предотвращены. По данным РАМН ни одного случая заболевания людей, связанного с радиоактивным выбросом, не зарегистрировано. Образовавшийся след прохождения облака, которое полностью осело в течение 11 часов, представлял собой полосу длиной около 300 км и шириной 30-50 км и получил название Восточно-Уральского радиоактивного следа (ВУРС).