2015-05-27
1607
В процессе ядерного взрыва и работы атомного реактора образуется большое количество радиоактивных веществ. При делении ядер урана и плутония и последующих превращений образуется около 300 радиоактивных изотопов в основном с высокой бета- и гамма-активностью и с периодом полураспада от долей секунд до несколько десятков лет.
Ядерный взрыв. Общая масса образующихся в момент ядерного взрыва РВ составляет 57 г. на килотонну мощности ядерного взрыва (первый источник радиоактивности). Среди них на первые сутки после взрыва наиболее значимыми как источники излучения являются стронций-91, цирконий-97, молибден-99, рутений-105, йод-131, теллур-132 и ряд других.
Ко второму источнику радиоактивности при ядерном взрыве относится некоторая ядерного материала (урана-235 или плутония-239), которая не прореагировала в процессе цепной реакции и представляет собой альфа-излучатели. Активность неразделившейся части заряда по сравнению с с активностью образовавшихся в момент взрыва радиоизотопов крайне ничтожна и не представляет серьезной опасности для людей на открытой местности.
|
|
|
Третьим источником радиоактивного загрязнения является наведенная радиоактивность вследствие взаимодействия высокоэнергетического нейтронного потока (от одного до десятков МэВ), образующегося при ядерном взрыве, с грунтом местности, с её флорой и фауной, а также возведенными на местностности сооружениями и проживающими на ней людьми. Наведенная активность в основном формируется за счет бета-активности некоторых химических элементов: натрия, кремния, магния, алюминия и др., входящихв состав облучаемых материалов.
Значение наведенной активности как источника излучения на местности резко возрастает при наземных ядерных взрывах, когда огромные массы грунта (до десятка тысяч тонн) испарятся, превращаются под действием потока нейтронов в радиоактивные изотопы и при дальнейшем остывании огненного шара ядерного взрыва формируют относительно крупные аэрозольные частицы, в основном, с коротким периодом распада бета-гамма-активности. Частицы грунта с наведенной активностью вместе с осколками ядерной реакции вовлекаются в облако взрыва и при выпадении на местности образуют ядерный след, далеко выходящий за пределы района взрыва (до сотен км). Среди радионуклидов наведенной радиации в почве наибольший вклад вносят натрий-24 и калий-42 (табл. 15).
Таблица 15
Основные радионуклиды наведенной активности в почве
| Радионуклид | Период полураспада | Энергия, МэВ | |
| Бета-лучи | Гамма-лучи | ||
| Натрий-24 | 15 ч | 0,54 | 1,4; 2,8 |
| Калий-42 | 12 ч | 1,4 | 1,5; 0,3 |
| Фосфор-32 | 14 сут. | 0,69 | - |
| Магний-56 | 2,6 сут. | 2,8 | 1,6; 2,16 |
| Железо-59 | 46 сут. | 0,12 | 1,3; 1,1; 0,2 |
Наибольшая часть радиоактивных осадков выпадает в течение 10-20 ч после ядерного взрыва. Продолжительность их выпадения после прохождения радиоактивного облака на том или другом участке местности зависит от мощности ядерного взрыва, скорости ветра и его расстояния от эпицентра взрыва и составляет от нескольких минут до нескольких часов. Выпадают более быстро и вблизи от эпицентра взрыва наиболее крупные аэрозольные частицы.
|
|
|
Зоны радиоактивного следа различающиеся между собой степенью загрязнения местности, схематически представляются в виде нанизанных друг на друга эллипсов.
Мощность дозы на внешней границе зон чрезвычайно опасного (Г), опасного (В), сильного (Б) и умеренного загрязнения (А) через 1 ч после ядерного взрыва составляет 800, 240, 80 и 8 р/ч, соответственно. В табл. 16 приведены длина, ширина и площадь зон радиоактивного загрязнения при наземном ядерном взрыве мощностью 1 Мт при скорости ветра 50 км/ч. Наибольшая по площади зона А занимает около 80% всей площади, зона – Б около 10%, а зоны В и Г в сумме не более 10-15% (табл. 16).
Таблица 16
Площадь зон радиоактивного загрязнения при наземном ядерном взрыве мощностью 1 Мт
| Зоны радиоактивного загрязнения | Длина по оси следа, км | Максимальная ширина, км | Площадь, км2 |
| А | |||
| Б | |||
| В | |||
| Г |
Дозы излучения за время полного распада радиоактивного следа на данных границах равны 4000, 1200, 400 и 40 р. Распад радиоактивного следа происходит относительно быстро с резким спадом активности в первые часы после ядерного взрыва: через 30 мин – более чем в 2 раза, через 1 ч – в 5 раз, через 2 ч – в 10 раз, через 6 ч – в 30 раз. Через 7 ч после выпадения осадков мощность дозы на загрязненной местности по сравнению с 1 ч снижается в 10 раз, через 2 сут – в 100 раз. Этот промежуток времени нахождения на радиоактивно загрязненной местности наиболее опасен для людей.
Дозы и временные параметры внешнего облучения при нахождении людей на открытой местности в зонах радиоактивного загрязнения достаточны для формирования у человека острой лучевой болезни, а при накожной аппликации радиоактивной пыли – лучевые поражения кожи. За трое суток люди могут получить около 60% дозы за время полного распада. За последующие 30 сут доза увеличивается только на 15%.
По этой причине защитные мероприятия для населения в этих условиях необходимо осуществлять как можно раньше, прежде всего, используя убежища и укрытия. После осаждения радиоактивных выпадений на местности защитные сооружения имеют следующую эффективность (табл. 17).
Таблица 17
Коэффициенты ослабления гамма-излучения от выпавших радиоактивных осадков
| Сооружение и участок | Коэффициенты ослабления |
| На высоте 1 м над поверхности земли | 0,7 |
| Транспортные средства | 0,5 |
| Поезда | 0,4 |
| Деревянный дом | 0,4 |
| Блочный или кирпичный дом не более двух этажей | 0,2 |
| Трех- или четырех этажные здания на первом и втором этажах | 0,05 |
| Многоэтажные здания: верхние этажи | 0,01 |
Слой грунта и кирпичной кладки толщиной в 25 см снижает мощность дозы в 8 раз. В деревянных домах при выпадении осадков доза облучения практически не снижается, в то же время в подвалах деревянных домов уменьшается в 7-8 раз, в открытых траншеях – в 3 раза, а в перекрытых – в 40 раз. Наибольшая защиты от радиации имеет место в подвалах каменных многоэтажных зданий: снижение мощности дозы в 400-500 раз, и в специальных убежищах – в 1000 раз.
В органах дыхания задерживается 75% из находящегося в воздухе количества радиоактивной пыли. Из них 62,5% быстро поступает в желудок и только 12Ю5% задерживается в легких. При ядерном взрыве реальная опасность поступления РВ в органы дыхания значительно меньше опасности одновременно воздействующего гамма-облучения на загрязненной местности.
|
|
|
Внутренне облучение за счет поступления в организм продуктов ядерного деления зависит от физико-химических свойств радиоактивной пыли, а последние обусловлены характером грунта в районе взрыва. При наземном взрыве на силикатных грунтах растворимость РВ составляет около 2%, а при взрывах на карбонатных грунтах она может достигать 80-100%. В кровь человека может поступать от долей процентов до 15-25% (с частиц карбонатной природы) продуктов ядерного взрыва.
Вода открытых водоемов загрязняется РВ при формировании радиоактивного следа. ВА зоне В и частично в зоне Б при наземных взрывах на карбонатных грунтах потребление воды из открытых (особенно непроточных) водоемов может быть опасным в течение 7-10 сут. Для питьевых целей можно использовать грунтовые и или почвенные воды. Необходимо иметь в виду, что из-за высоких сорбционных свойств грунта даже вырытые на загрязненной территории колодцы будут содержать свободную от РВ воду. На силикатных гунтах уже спустя несколько часов после взрыва вода может быть использована для питья без ограничения.
Аварии и разрушения на РОО. Высокая потенциальная опасность АЭС в случае аварии и их разрушения связана, в основном, с выбросом в окружающую среду РВ деления, накопленных в реакторе за время его работы.
Состав радионуклидов в аварийном выбросе примерно соответствует их составу, накопленному в активной зоне реактора за время его эксплуатации, с преобладанием в нем в процентном соотношении летучих продуктов деления. Среди радиоактивных газов доминируют изотопы криптона и ксенона. Они представляют наибольшую угрозу для персонала в производственных помещениях и в пределах санитарной зоны РОО из-за создаваемой ими высокой мощности дозы гамма—бета-излучения.
Подвижной частью среди твердых компонентов твэлов являются аэрозоли радиоактив-ного йода, по содержанию которого в аварийном выбросе определяют масштабы аварии. В ядерном реакторе накапливается до 9·1014 Бк радиойода на 1МэВ тепловой мощи реактора. За ним по уровню выброса идут радиоактивный цезий, рутений, теллур, стронций и барий. Доля тугоплавких элементов невелика. Среди них наибольшее значение представляет плутоний, церий, цирконий.
|
|
|
Состав аварийного выброса из АЭС и разрушенных РОО существенно отличается от продуктов распада, формирующих радиоактивный след после ого ядерного взрыва. Подавляющая часть радиоактивного облака ядерного взрыва составляют радионуклиды с коротким периодом полураспада, предопределяющих описанный выше быстрый спад мощности дозы излучения на радиоактивном следе. Рассматривая случай аварии на АЭС, необходимо обратить внимание, что в процессе производственного цикла распада урана-235 образующиеся короткоживущие радиоизотопы со временем элиминируются и в общей массе накапливающихся радионуклидов в ТВЭЛах увеличивается доля долгоживущих радионуклидов. В случае аварийной разгерметизации ТВЭЛов окружающая среда в основном загрязняется РВ, имеющими длительный период полураспада, и вследствие этого мощность дозы на загрязненной местности не превышает несколько мр/ч, что на 7 порядков ниже, чем на оси следа после ядерного взрыва.
Среди наиболее значимых радионуклидов, определяющих последствия радиационной аварии, йод-131 имеет короткий период полураспада (Т 1/2 = 8,04 сут), вследствие чего он полностью распадается через 1,5-2 мес. Остальные радионуклиды выброса до 90% долго-живущие. Можно выделить ряд временных периодов самоочищения местности от радионуклидов вследствие их физического распада. В течение второго полугодия после аварии на АЭС резко снижается активность церия-141, рутения-103, циркония-95, ниобия-95. В течение 1-3 лет идет распад церия-144, рутения-106, цезия-134. После трех лет остаются практически только цезий-137 и плутоний-239.
По степени радиоактивного загрязнения местности после аварии на АЭС выделяют те же зоны, что и при наземном ядерном взрыве: чрезвычайно опасного загрязнения (зона Г), опасного загрязнения (зона В), сильного загрязнения (зона Б), умеренного загрязнения (зона А) и дополнительно радиационной опасности (зона М) (И.В. Воронцов и др., 1995), которые по дозе за время полного распада радионуклидов при ядерном взрыве и годовой дозе после аварии на АЭС весьма близки.
Различие между ними заключаются в том, что при нахождении во всех зонах радиоактивного загрязнения после наземного ядерного взрыва есть опасность для развития острой лучевой болезни, а в случае загрязнения после аварии на АЭС такая опасность сохраняется в зонах Г и В; в зонах сильного (Б) и умеренного (А) загрязнения возможо только формирование подострой и хронической лучевой болезни.
В зоне чрезвычайно опасного загрязнения (зона Г) за 1 ч поглощенная доза может составить 500 мЗв (исходная мощность дозы более 14 р/ч), за сутки – более 3 Зв. Находиться на ней можно только через несколько суток. В зоне опасного загрязнения (зона В) мощность дозы – от 4,2 до 14 р/ч. Доза 500 мЗв формируется за 5 ч пребывания на открытой местности, за 1 сут 1 Зв.
В зоне сильного загрязнения (зона Б) мощность дозы на местности равна 1,4-4,2 р/ч. За 12 ч на открытой местности поглощенная доза достигает 500 мЗв, пребывание на ней в течение 10 сут увеличивает дозу до 1,5 Зв и за 1 месяц более 2,5 Зв. В зоне умеренного загрязнения (зона А) исходная мощность дозы на местности равна 14-1400 мр/ч. За 1 сут облучение может составить до 300 мЗв, за 1 месяц в среднем 500мЗв.
В зоне радиационной опасности (зона М) мощность дозы гамма-излучения сосавляет 14-140 мр/ч. При пребывании в течение года на данной местности поглощенная доза составит 50-500 мЗв, что не превышает допустимых уровней по НРБ-99 для определенных категорий персонала при аварийных работах. Работа персонала в этих условиях возможна под дозиметрическим контролем, с респираторами, йодной профилактикой, санитарной обработкой и дезактивацией обмундирования и техники.
Второе различие между ядерным взрывом и разрушением РОО заключается в том, что формирование следа после наземного взрыва ядерного боеприпаса происходит относительно крупными оплавленными частицами грунта с наведенной радиацией. После аварийного выброса из АЭС загрязнение местности происходит мелкодисперсными радиоактивными аэрозолями из активной зоны реактора, среди которых большой вклад вносят растворимые в воде и активно поглощаемые биоценозом радиоактивный йод, цезий, стронций. Они помимо формирования гамма-активности на местности и угрозы внешнего облучения людей, могут после ингаляции или поступления внутрь с продуктами питания и водой вызывать внутреннее облучение.
В аварийных ситуациях можно выделить три последовательных фазы: раннюю, промежуточную и позднюю (восстановительную).
Ранняя фаза – период, продолжающийся от начала аварии до момента прекращения выброса РВ в атмосферу и окончания формирования радиоактивного следа на местности. Продолжительность этой фазы в зависимости от характера и масштаба аварии может длиться от нескольких часов до нескольких суток. В некоторых случаях раннюю фазу целесообразно подразделять на период до начала выброса (когда признана потенциальная возможность облучения за пределами площадки) и период, в который происходит большая часть выброса.
На ранней фазе внешнее облучение формируется за счет гамма-, бета-излучения РВ, содержащихся в радиоактивном облаке. Возможно контактное облучение радионуклидами, осевшими на кожу, слизистые. Внутреннее облучение происходит за счет ингаляционного поступления РВ из облака в организм человека.
Промежуточная фаза – время от завершения формирования радиоактивного следа до принятия всех основных необходимых мер защиты населения, проведения необходимого объема санитарно-гигиенических и лечебно-профилактических мероприятий. В зависимости от характера и масштаба аварии длительность промежуточной фазы может быть от нескольких дней до года после возникновения аварии.
В промежуточной фазе прямое облучение от облака выброса отсутствует. Источником внешнего облучения являются РВ, осевшие из облака на поверхность земли, зданий и т.п., и сформировавшие радиоактивный след.
Поздняя (восстановительная) фаза – может продолжаться многие годы после аварии. Во время этой фазы данные, полученные на основании мониторинга окружающей среды, могут быть использованы для принятия решения о возвращении к нормальным условиям путем одновременной или последовательной отмены различных защитных мер, предприня-тых во время первых двух фаз аварии. Защитные мероприятия отменяются, если радиоак-тивное загрязнение уменьшится в достаточной степени в результате распада радионуклидов, естественного очищения почвы и дезактивации. В других случаях в течение долгого времени могут потребоваться определенные ограничения (использование отдельных площадей, зданий, потребление некоторых пищевых продуктов из района загрязнений).
Фаза восстановления заканчивается с отменой всех ограничений на жизнедеятельность населения загрязненной территории и переходом к обычному санитарно-дозиметрическому контролю радиационной обстановки, характерной для условий «контролируемого облуче-ния». На поздней фазе источник внешнего и внутреннего тот же, что и на промежуточной фазе.
