Радиационно опасные объекты и прогнозирование радиационной обстановки.

Химические опасные объекты, химический контроль и защита.

Радиационно опасные объекты и прогнозирование радиационной обстановки.

Тема № 2. Прогнозирование и оценка обстановки при чрезвычайных ситуациях.

Раздел 3. Защита населения и территорий в чрезвычайных ситуациях.

Вопросы:

Основная литература:

1. Белов С.В. и др. Безопасность жизнедеятельности.- М.:Высшая школа, 1999, 447с. – с.375-394

2. Русак О.Н., Малаян К.Р., Занько Н.Г. Безопасность жизнедеятельности.-Санкт-Петербург.: Изд.Лань, 2002.-447с., с.393-397.

3. Гринин А.С., Новиков В.Н. Экологическая безопасность. – М.: ФАИР-ПРЕСС, 2002, 336с.- с.58-161.

4.Кириллов Г.Н. Безопасность и защита населения в чрезвычайных ситуациях. – М.: Издательство НЦ ЭНАС, 2001, 259с. – с. 83-147.

Дополнительная:

1. Арустамов Э.А. Безопасность жизнедеятельности/учебник.-М.: Изд. Дом «Дашков и К», 2001.-678с, с.377-423.

2. Хвалюскин С.И. Гражданская оборона объектов водного транспорта. – М.: Транспорт, 1990, 123с, с.122-147.

 

 

Радиоактивные вещества (РВ) и источники ионизирующих излучений используются в повседневной жизни, производстве, медицине. К примеру, атомные реакторы обеспечивают до 13% потребностей России в электроэнергии. Они приводят в движение турбины, корабли; обеспечивают работу ряда космических объектов. Это и контроль качества швов при литье в машиностроении, и медицинские обследования, и точечное облучение, но, кроме того, это и оружие огромной разрушительной силы, способное уничтожить цивилизацию.

Радиационно опасный объект (РОО) –это объект, на котором хранят, перерабатывают, используют или транспортируют радиоактивные (РА) вещества и при авариях на нем могут произойти облучение ионизирующим излучением или радиоактивное загрязнение людей, сельскохозяйственных животных и растений, объектов экономики, а также окружающей природной среды (ГОСТ Р 22.0.05.-94).

Радиационная авария –происшествие, приведшее к выходу (выбросу) РА продуктов и ионизирующих излучений за предусмотренные проектом пределы (границы) в количествах, превышающих установленные нормы безопасности.

Радиационные аварии подразделяются на три типа:

1. Локальная – нарушение в работе РОО, при котором не произошел выход РА продуктов или ионизирующих излучений за предусмотренные границы оборудования, технологических систем, зданий и сооружений в количествах, превышающих установленные для нормальной эксплуатации предприятия значения.

2. Местная - нарушение в работе РОО, при котором произошел выход РА продуктов в пределах санитарно-защитной зоны и в количествах, превышающих установленные нормы для данного предприятия.

3. Общая - нарушение в работе РОО, при котором произошел выход РА продуктов за границу санитарно-защитной зоны и в количествах, приводящих к РА загрязнению прилегающей территории и возможному облучению проживающего на ней населения выше установленных норм.

К типовым РОО следует отнести:

1. Атомные станции.

2. Предприятия по изготовлению: ядерного топлива, по переработке отработавшего топлива и захоронению РА отходов.

3. Научно-исследовательские и проектные организации, имеющие ядерные реакторы.

4. Ядерные энергетические установки на транспорте.

Ядерный топливный цикл (ЯТЦ) можно разбить на этапы:

- добыча урановой руды и извлечение из нее (обогащение) урана;

- использование ядерного горючего в реакторах;

- транспортировка РВ;

- химическая регенерация отработанного ядерного топлива;

- очистка отработанного ядерного топлива от РА отходов;

- безопасное (вечное) хранение РА отходов и примесей;

- изъятие из отработанного ядерного топлива урана и плутония для использования в ядерной энергетике.

Результатом добычи и дробления урановой руды, обогащения урана являются горы выработки, которые:

- создают опасную экологическую ситуацию;

- выводят из оборота значительные земельные площади;

- изменяют гидрологию территории;

- приводят к длительному РА заражению почвы, атмосферы и воды.

Малое содержание урана-235 в добываемой руде (0,7%) не позволяет использовать ее в ядерной энергетике, т.к. требуется обогащение этой руды, т.е. повышение содержания урана-235 с применением весьма сложного и дорогостоящего оборудования, и значительных энергетических затрат. Обогащение возможно после разделения изотопов урана-233, урана-235, урана-238 на атомном уровне.

Природный уран поставляется на рынок в виде закиси урана (спрессованный порошок желто-бурого цвета), а обогащенный уран – в виде таблеток окиси урана или газообразного шестифтористого урана (в стальных баллонах).

В местах добычи урана основную массу в отвалах составляют горы мелкого песка, смешанного с природными радионуклидами, которые в основном выделяют РА газ радон-222 (дающий α-излучение), что увеличивает вероятность возникновения рака легких. Например, к 1982 г. В США такого песка накопилось около 175 млн. тонн. К настоящему времени снесены тысячи домов, школ и других строений, выполненных из этих материалов

Общие запасы урана на Земле составляют около 15 млн. тонн. Разрабатывают месторождения с запасами до 2,7 млн. тонн. В СССР до 1991 г. приходилось до 45% мирового уранового запаса, распределенного сейчас почти равномерно между Россией, Узбекистаном и Казахстаном.

При ядерной реакции до 99% ядерного топлива идет в РА отходы (плутоний, стронций, цезий, кобальт), которые нельзя уничтожить, поэтому их надо хранить.

Контактыс ядерным горючим, его отходами, энергоносителями, тепловыделяющими элементами (ТВЭЛ) и другими РА продуктами приводят к РА заражению зданий, оборудования, транспорта. Если специальная обработка не снизит их уровень заражения ниже нормы, то они также требуют захоронения.

Ядерный реактор (ЯР)является основной частью АЭС и ядерных двигателей. Он представляет собой большой котел для нагрева теплоносителя (воды, газа).

Источник тепла ЯР – управляемая ядерная реакция. Необходимо иметь в виду, что 0,5 г ядерного топлива по производству энергии эквивалентно 15 вагонам угля, который к тому же при сгорании выбрасывает в атмосферу огромное количество канцерогенных веществ.

Обогащенное ядерное топливо размещается в активной зоне реактора в виде правильной решетки из связок тепловыделяющих элементов (примерно 700 шт.). ТВЭЛ – это стержень диаметром 10 мм, длиной 4 м, с оболочкой из циркония, постоянно омываемый водой. Вода выполняет роль охладителя и поглотителя нейтронов.

Существуют ядерные реакторы на медленных и быстрых нейтронах. Реакторы на медленных нейтронах могут охлаждаться обычной водой или тяжелой водой и газом (например, гелием). Ректоры на быстрых нейтронах называются реакторами - размножителями. Если первые используют только 5% ядерного топлива, то вторые – до 55%.

Работой реактора, то есть движением стержней в активной зоне относительно вещества, поглощающего нейтроны, управляет оператор или автоматическая система.

Реактор имеет два контура движения воды. В первом контуре (обеспечивается давление до 7 кПА) вода остается в жидком состоянии даже при температуре 330° и, проходя через парогенератор, отдает тепло воде второго контура.

Оба контура надежно изолированы друг от друга. Во втором контуре вода находится в парообразном состоянии, поскольку давление здесь атмосферное. Этот пар вращает турбогенератор, который вырабатывает электроэнергию.

В реакторе с гелиевым охлаждением для замедления нейтронов используют графитовые блоки, а в качестве теплоносителя – углекислый газ или гелий при температуре 670° (эти газы не допускают коррозии металла). Тепло через парогенератор (теплообменник) передается во второй контур, где температура пара достигает 540°.

Для аварийной остановки реактора его активная зона может быть без вмешательства оператора залита водой с поглотителем нейтронов (бор, либо отличное от воды водородосодержащее вещество) из специального водоема. Такая вода в обычном режиме не смешивается с рабочим теплоносителем, а «глушит» реактор только при резком развитии аварии.

Особенностью ядерного реактора на быстрых нейтронах является его способность производить ядерного топлива больше, чем он сам потребляет. При этом стержни урана-238 помещают в зону воспроизводства (кольцом охватывающую активную зону). Здесь из-за воздействия нейтронов часть атомов урана-238 превращается в атомы плутония-239. Если смесь урана-238 и плутония-239 поместить в активную зону, то при ее сгорании получится оружейный плутоний, т.к. произойдет обогащение природного урана. Эти циклы можно повторять несколько раз и получить электроэнергии в 40 раз больше, чем в реакторе на медленных нейтронах.

Такой реактор эффективней использует ядерное топливо, дает меньше радиоактивных отходов и работает при более низком давлении, т.е. менее вероятна его разгерметизация. Но у него есть серьезный недостаток: от воздействия быстрых нейтронов происходит ослабление металла (сталь набухает и становится хрупкой).

Только такие реакторы способны перерабатывать любое ядерное топливо и отходы, уничтожать высвобождающийся при разоружении плутоний.

Опыт эксплуатации АЭС показал, что наиболее опасны водяные двухконтурные реакторы из-за:

- протечек в результате дефектов используемого при строительстве материала, в местах соединения и в системе охлаждения;

- коррозии в парогенераторе;

- нарушения герметичности стержней, а также их перегрева (в результате чего выделяющийся из воды водород способен взрываться);

- огромного давления образовавшегося водяного пара с выбросом радиоактивных продуктов ядерной реакции (не исключен разрыв реактора);

- ошибок персонала.

Серьезную опасность представляют хранящиеся на АЭС в жидком состоянии РА отходы, т.к. гарантийный срок службы бетонных емкостей составляет 40 лет и на многих АЭС он близок к окончанию.

РА отходы в тысячи раз вреднее урановой руды, поскольку представляют собой мельчайшую пыль, которая малейшим ветром разносится на огромные площади, заражая их на сотни лет и создавая там высокий уровень радиации.

Для хранения отходов применяют специализированные хранилища. Один реактор мощностью 1000 МВт ежегодно превращает 30 т уранового топлива в РА отходы. В США в 2000 г. Хранилось около 55000 т отработанных тепловыделяющих элементов.

Существует много способов захоронения РА отходов, но абсолютно надежного до сих пор не найдено. Только недавно отказались от закачки жидких РА отходов в глубокие скважины (испорчено много артезианских колодцев). Приходится отказываться от их затопления в морях Тихого, Атлантического и Северного Ледовитого океанов.

Не обеспечивается безопасность и в специальных хранилищах (могильниках, спецполигонах), построенных даже со строго определенным горизонтом грунта и представляющих весьма сложный инженерный комплекс. Контейнеры с РА отходами делают герметичными. Могильники требуют отчуждения огромной территории.

Отправка РА отходов в глубину космоса тоже не выход: авария любой ракеты при выходе на орбиту приведет к распылению плутония, летальная доза которого составляет 0,01 г. Кстати не менее опасны и «мирные» атомные взрывы для строительства газо- и нефтехранилищ, создания озер, поворота рек.

Основным поражающим фактором при аварии на РОО, кроме пожаров и взрывов, является РА заражение. РА вещества не имеют запаха, цвета, вкуса, не улавливаются органами чувств. Радиация – это результат изменения структуры атома, свойство атомных ядер самопроизвольно распадаться из-за внутренней неустойчивости и вызывать ионизацию среды. Различают несколько видов излучений, возникающих при распаде ядер:

1. Альфа-излучение - поток ядер гелия. Распространяется в воздухе на расстояние не более 10 см, а в биоткани – до 0,1 мм. Они полностью поглощаются листом бумаги и не опасны для человека, если не попали на кожу и внутрь организма человека.

2. Бета-излучение – электронное ионизирующее излучение. Распространяется в воздухе на расстояние до 15 м, в биоткани – до 15 мм, в алюминии – до 5мм. Одежда почти на половину ослабляет его действие. Задерживается оконным стеклом и металлическим экраном.

3. Гамма-излучение – электромагнитное ионизирующее излучение. Распространяется на сотни метров и свободно проникает сквозь одежду, тело человека и значительные толщи материалов. Является самым опасным для человека.

Поражение организма из-за воздействия ионизирующих излучений зависит от энергии, которую радиоактивное излучение передает организму. Рентген - это такая доза гамма-излучения, при которой в 1 см³ сухого воздуха при температуре 0° и давлении 760 мм рт. ст. образуется 2,08 х 109 пар ионов, несущих одну электростатическую единицу количества электричества.

Рад – единица дозы РА излучения, при которой грамм живого организма поглотил 100 эрг энергии. Единицей поглощенной дозы в системе СИ является один грей (Гр), при котором каждый килограмм облученного вещества поглощает энергию в один джоуль, т.е. 1 Гр соответствует 100 рад. Для учета биологического воздействия РА излучения на живой организм введена единица бэр – биологический эквивалент рада.

Степень радиоактивного заражения местности характеризуется уровнем радиации (мощностью дозы) на данный момент времени, которая измеряется в Р/ч или рад/ч. Так, доза облучения 400 рад/ч приведет к тяжелому лучевому поражению, а та же доза, полученная за несколько лет, дает излечимое заболевание, т.е. интенсивность облучения играет огромную роль.

Сложность выведения из организма РА веществ усугубляется тем, что различные РА вещества по-разному усваиваются организмом. РА натрий, калий, цезий почти равномерно распределяются по органам и тканям. РА радий, стронций, фосфор скапливаются в костях. РА рутений, полоний скапливаются в печени, почках, селезенке, а йод-131 накапливается исключительно в щитовидной железе – важнейшем органе внутренней секреции, который регулирует обмен веществ, рост и развитие организма.

Щитовидная железа поглощает весь йод, попавший в организм, до полного ее насыщения. Накопление в ней РА йода приводит к расстройству гормонального статуса щитовидной железы. Особенно опасно такое насыщение у детей, т.к. щитовидная железа играет в их жизни более важную роль, чем у взрослых. Именно поэтому перед облучением и в первые часы для защиты щитовидной железы необходимо предоставить организму избыток нейтрального йода.

Человек всегда был подвержен действию естественной радиации. Ее величина в зависимости от местности варьируется от 100 мбэр до 1,2 бэр в год. Ослабленная атмосферой радиация приходит из космоса, восходит от земли, ее излучают гранитные здания и химические элементы в теле человека.

Облучение может привести к биологическим изменениям в организме, а само заболевание названо лучевой болезнью.

Постоянное облучение малыми дозами может вызвать хроническую форму лучевой болезни или отрицательные последствия в более поздний период жизни. К такому же результату приводит попадание внутрь организма РА веществ через органы дыхания, раны, ожоги, с пищей, жидкостями. Такая форма лучевой болезни излечима, но необходимо прекратить облучение.

Руководящим документом в вопросах нормирования РА излучения являются «Нормы радиационной безопасности НРБ-96». Определяющим здесь считают предельно допустимую дозу (ПДД) – годовой уровень облучения, не вызывающий при равномерном облучении в течение 50 лет неблагоприятных изменений в состоянии здоровья облучаемого и его потомства.

Категории облучаемых лиц:

1. Категория «А» - персонал, имеющий контакт с РА веществами или излучением.

2. Категория «Б» - остальное население.

ПДД внешнего и внутреннего облучения устанавливаются разные для разных групп критических органов и тканей. К работе с РА веществами и излучением допускаются лица старше 18 лет, при этом набранная доза облучения для лиц категории «А» конкретного возраста определяется формулой Д = 5 (N – 18) (бэр), где N – возраст в годах. Генетически значимая доза облучения, получаемая населением в целом от всех источников, не должна превышать 5 бэр на человека за 30 лет ( рентгеноскопия желудка – до 3 бэр, легких – до 0,2 бэр, плеча – до 1 бэр).

Воздействие ионизирующего излучения на отдельные ткани и органы человека не одинаково. Его можно значительно ослабить, поскольку одни органы более чувствительны к этому воздействию, другие менее. В порядке убывания радиочувствительности органы организма человека, для которых установлены разные значения основных дозовых пределов, относят к группам:

1. Половые органы и красный костный мозг.

2. Мышцы, щитовидная железа, жировая ткань, печень, почки, селезенка, желудочно-кишечный тракт, легкие, хрусталики глаз.

3. Кожный покров, костная ткань, кисти рук, предплечья, голени, стопы.

РА загрязнение местности обуславливается выделением при аварии непрореагировавших элементов и продуктов деления ядерной реакции (РА шлак, пыль, осколки ядерного продукта),а также образованием различных РА материалов и предметов (например, грунта) в результате их облучения.

РА загрязнение при аварии на предприятии ядерной энергетики имеет особенности:

1. РА продукты (пыль, аэрозоли) легко проникают внутрь помещений.

2. Сравнительно небольшая высота подъема РА облака приводит к загрязнению населенных пунктов и лесов значительно больше, чем открытой области.

3. При большой продолжительности РА выброса, когда направление ветра может многократно меняться, возникает вероятность РА загрязнения местности практически во все стороны от источника аварии.

Основные и самые тяжелые последствия аварий на РОО – воздействие ионизирующего излучения на организм человека.

Однако не всякая доза облучения опасна. Если она не превышает 50 Р, то исключена даже потеря трудоспособности. Доза в 200-300 Р, полученная за короткий промежуток времени, может вызвать тяжелые радиационные поражения. Однако такая же доза, получаемая в течение нескольких месяцев, не приведет к заболеванию: здоровый организм человека способен за это время вырабатывать новые клетки взамен погибших при облучении.

При определении допустимых доз облучения учитывают, что оно может быть:

1. Однократным – облучение, полученное за первые четверо суток.

2. Многократным - облучение, полученное за время, превышающее четверо суток.

Возможные последствия облучения организма человека в зависимости от полученной дозы в рентгенах следующие:

1. 50 – признаки поражения отсутствуют.

2. 100 – при многократном облучении в течение 1-30 суток работоспособность не уменьшается. При острых (однократных) облучениях у 1% облученных наблюдаются тошнота и рвота, чувство усталости без серьезной потери трудоспособности.

3. 200 – при многократном облучении в течение 3 месяцев работоспособность не уменьшается. При острых (однократных) облучениях дозой 100-250 Р возникают слабо выраженные признаки поражения (лучевая болезнь 1 степени).

4. 300 – при многократном облучении в течение года работоспособность не снижается. При острых (однократных) облучениях дозой 250-300 Р возникает лучевая болезнь II степени. Заболевания в большинстве случаев заканчиваются выздоровлением.

5. 40-700 – лучевая болезнь III степени. Сильная головная боль, повышение температуры, слабость, жажда, рвота, кровоизлияние во внутренние органы, в кожу и слизистые оболочки, изменение состава крови. Выздоровление возможно при условии своевременного и эффективного лечения. При отсутствии лечения смертность может достигать почти 100%.

6. Более 700 – болезнь в большинстве случаев приводит к смертельному исходу. Поражение проявляется через несколько часов – лучевая болезнь IV степени.

7. Более 1000 – молниеносная форма лучевой болезни. Пораженные практически полностью теряют работоспособность и погибают в первые дни облучения.

Люди, проживающие в непосредственной близости от РОО, должны быть готовы в любое время суток принять немедленные меры по защите себя и своих близких в случае возникновения опасности.

При этом, соблюдение установленных пределов допустимых доз облучения исключает возможность массовых радиационных поражений в зонах РА заражения.