Основные способы снижения радиоактивного загрязнения

Местности

Очистка территории и дорог (в дальнейшем тексте дезактивация местности и дорог) - это удаление радиоактивных веществ с поверхности земли, дорог. Целью дезактивации является снижение уровня загрязнения до безопасных значений, установленных нормами, и опасности поражения людей, а также предотвращение образования вторичных радиоактивных загрязнений территории, водоемов и приземного слоя воздуха.

Радиоактивные загрязнения местности могут образоваться как в мирное время при авариях на объектах добычи, переработки, хранения или использования радиоактивных веществ (изотопов), так и в военное время при взрывах ядерных боеприпасов.

В зависимости от характера источников радиоактивного загрязнения, метеорологических и других условий выпадения радиоактивных веществ размеры зон загрязнения могут быть локальными и массовыми. Локальные (объектовые) зоны загрязнения возникают при аварийных ситуациях на радиоактивно опасных объектах и распространяются, как правило, в пределах территории (площади) объекта. Образование массовых (масштабных) загрязнений связано в основном с взрывами ядерных боеприпасов, тепловыми взрывами на реакторах АЭС, хранилищ высокоактивных отходов с выбросом радиоактивных частиц в атмосферу и распространение их по ветру. При этом свыше 90 % радиоактивных веществ, выпадающих на открытую местность, сосредоточено в слое грунта от 2 до 5 см.

Некоторые характеристики источников радиоактивных загрязнений, размеры зон и состав основных групп нуклидов приведены в табл. 8.1.

Периоды полураспада цезия 137 - 30 лет, стронция 90 - 28,5 лет.

Из таблицы видно, что ожидаемые площади опасных зон при локальных загрязнениях могут изменяться в довольно широких пределах - от 0,1 до 5 км² и более, а при масштабных загрязнениях - достигает десятков сотен тысяч км².

В зависимости от размеров аварии, количества и состава выброшенных в атмосферу радиоактивных продуктов на поверхность земли выпадают как короткоживущие частицы (йод 131, благородные газы), так и долгоживущие с периодом полураспада до 30 лет и более (стронций, цезий, плутоний).

Таблица 8.1

№ п/п	Источники радиоактивных загрязнений	Ожидаемая площадь зон загрязнений в кв.км, масштаб загрязнений	Основные группы радиоактивных нуклидов, которые могут быть выброшены в атмосферу при авариях на ПЯТЦ и взрывах ядерных боеприпасов
1.	Предприятия по добыче и переработке урановых руд	0,1 - 0,5, локальный	Уран 235, радий 226, радон 222, фторид урана, йод 131
2.	Ядерные реакторы АЭС	от 1-5 до 100 тысяч,локальный и массовый	Йод 131 и 133, стронций 90, цезий 137, церий 144, иттрий, аргон, рутений 106, криптон 39, ксенон 137, уран 235 и 238, радий 226
3.	Объекты радиохимической промышленности, медицины и с/х, радиоизотопные лаборатории	0,1 – 2, локальный	Кобальт 60, йод 131, цезий 137, фосфор 32, стронций 90, плутоний 238 и др.
4.	Предприятия по ликвидации ядерных боеприпасов и ядерно-энергетических установок	1 – 5, локальный	Йод 131, кобальт 59 и 60, барий 140, плутоний 238, индий 140
5.	Места захоронения (хранения) радиоактивных отходов (взрывы с выбросом радиоактивных частиц)	1-2 до нескольких тыс., лок.массов.	Различные нуклиды в зависимости от состава захороненных веществ
6.	Взрыв ядерного боеприпаса	сотни тысяч, массовый	Уран 235 и 238, плутоний 239, стронций 90, криптон 90 и др.

Известно, что активность радиоактивных загрязнений с течением времени снижается вследствие естественного распада и под действием атмосферных осадков, ветра и других причин. Активность короткоживущих частиц снижается в более короткие сроки. Например, активность радионуклидов йода 131 - через 8 суток снижается практически до нуля. Снижение активности долгоживущих радиоактивных частиц может продолжаться в течение нескольких десятков лет.

Необходимость и целесообразность очистки (дезактивации) местности определяются степенью радиоактивных загрязнений и допустимыми загрязнениями, определяемыми в соответствии с требованиями норм радиационной безопасности.

При локальных загрязнениях, как правило, распространяющихся в пределах территории действующих объектов, дезактивация предусматривается в пределах всей или большей части зоны загрязнения. При этом остаточные или допустимые загрязнения (мощности дозы) не должны превышать фонового уровня.

При массовых (масштабных) загрязнениях дезактивируются, главным образом, отдельные участки местности, на которых предполагается размещение людей, техники, складов продовольствия и материальных ресурсов, посевы сельскохозяйственных культур, а также населенные пункты и лесные массивы с высокими степенями загрязнения и другие объекты.

Поэтому одним из обязательных условий дезактивации в зонах массовых (масштабных) загрязнений является постоянный контроль степени загрязнения местности, дорог, пашни и посевов сельскохозяйственных культур на всей загрязненной территории.

Способы дезактивации радиоактивно загрязненной местности основаны на преодолении связи радиоактивных частиц с поверхностью земли, их удалении (транспортировании) и захоронении, а также изоляции радиоактивно загрязненной поверхности материалами и грунтом, поглощающим (ослабляющим) радиоактивные излучения. Основными способами, которые могут применяться при инженерном оборудовании районов, являются:

снятие поверхностного слоя грунта загрязненного радиоактивными частицами;

дезактивация участков местности путём засыпки чистым грунтом (песком);

дезактивация дорог.

Для закрепления радиоактивных частиц на местности могут использоваться растворы поверхностно-активных веществ. После затвердевания раствора образуется поверхностная пленка, способная в течение нескольких суток удерживать радиоактивные частицы и предотвратить пылеобразование и вторичное загрязнение местности за счет переноса частиц по ветру.

Рассмотрим особенности технологии и комплексы средств для выполнения отдельных операций в каждом из основных способов дезактивации.

Снятие поверхностного слоя грунта включает выполнение следующих операций:

а) послойное срезание грунта на заданную глубину в зависимости от условий и глубины проникания нуклидов;

б) погрузка загрязненного грунта в специальные металлические контейнеры с приводами для открывания днища из кабины крановщика;

в) транспортировка загрязненного грунта и разгрузка контейнеров в могильники.

Операции по срезанию поверхностного слоя грунта при степени загрязнения, превышающей уровень фона местности, выполняются грейдерами, бульдозерами, а иногда и скреперами. Срезанный грунт собирается в отвалы, откуда с помощью экскаватора с грейферным ковшом загружается в контейнеры, установленные в кузове самосвала, которые закрываются крышками и транспортируются в могильники.

За один проход грейдера или бульдозера срезается слой грунта не более 10 см. После контроля остаточного загрязнения при необходимости могут срезаться последующие слои. Опыт ликвидации последствий аварии на ЧАЭС показывает, что для обеспечения безопасности механиков-водителей грейдеров, бульдозеров и экскаваторов при срезании и погрузке грунта, а также водителей транспортных средств должны устанавливаться защищенные кабины с коэффициентом ослабления (К_з) от 100 до 1000, а также емкости для воды с разбрызгивателями для полива срезаемого грунта с целью уменьшения пылеобразования.

Для погрузки грунта в контейнеры могут использоваться экскаваторы, оборудованные двухканатными грейферными ковшами, использование которых позволяет экскаваторщику, не выходя из кабины, устанавливать контейнеры в кузов автомобиля, захватывая контейнер челюстями (створками) сверху.

Выгрузка контейнеров из транспортных средств и разгрузка их с высыпанием грунта в могильник осуществляется кранами, оборудованными дополнительным тросом для приведения в действие механизма, открывающего створки днища контейнера.

Опыт ликвидации последствий аварии на ЧАЭС показал, что для снятия поверхностного слоя грунта, загрязненного радиоактивными частицами, наиболее целесообразно использование комплекса средств, включающего:

один грейдер или бульдозер для срезания грунта и сгребания срезанного грунта в отвалы (кучи);

один экскаватор с грейферным ковшом - для погрузки грунта в контейнеры или специально оборудованные самосвалы;

5 автомашин грузоподъемностью 5 т и 10 контейнеров емкостью 1 м³ . Контейнеры должны быть оборудованы механизмами открывания днища и верхних крышек без выхода крановщиков из кабины на загрязненную местность;

один кран грузоподъемностью не менее 5 т или ИМР для разгрузки контейнеров и грунта с транспортных средств в могильники.

Такой комплекс за час работы может обеспечить дезактивацию местности путем срезания слоя грунта, толщиной до 10 см, около 200 м². При этом достигается снижение мощности дозы на местности не менее чем в 5 - 10 раз. Коэффициент дезактивации (КД) не более 10.

Дезактивация участков местности путем засыпки чистым грунтом (песком) начинается с выбора карьера, из которого можно взять необходимое количество грунта и определения толщины слоя насыпаемого грунта (песка) в зависимости от мощности дозы в районе загрязнения.

Участки местности, подлежащие дезактивации с засыпкой чистым грунтом, очищаются от грязи, кустарников и разбиваются на отдельные захватки, шириной 10 - 12 м. В средней части каждой захватки отсыпается грунтовый проезд для самосвалов.

При локальных загрязнениях засыпка должна начинаться от чистой (менее загрязненной) территории.

Основной операцией при этом способе дезактивации является разгрузка и разравнивание грунта слоем установленной толщины, но не менее 20 - 30 см.

Разравнивание грунта производится бульдозером с защищенной кабиной, обеспечивающей ослабление излучений в 50 - 100 раз, а на участках с высокими уровнями загрязнения инженерная машина разграждения (ИМР) или бульдозер на бронированной технике с коэффициентами ослабления излучений не менее чем в 800 - 1000 раз.

В зависимости от дальности возки грунта (в пределах 5 - 10 км) для дезактивации местности этим способом может быть рекомендован комплекс средств следующего состава:

один экскаватор для погрузки песка в карьере;

четыре - пять самосвалов грузоподъемностью 5 - 7 т;

один бульдозер с защищенной кабиной, ослабляющей излучение в 50 - 100 раз, а на сильно загрязненных участках ИМР или бульдозер на танковом тягаче, ослабляющие излучение в 800 - 1000 раз.

Производственные возможности комплекса по засыпке загрязненных участков около 100 м² в час.

В тех случаях, когда на дезактивируемом участке имеется растительность в виде отдельных деревьев или кустарников выполняется операция по их срезанию и захоронению либо в специальных могильниках, либо на месте в специально вырытых траншеях (котлованах) с последующей засыпкой слоем песка не менее 50 см.

Дезактивация дорог проводится для снижения интенсивности загрязнения проезжей части и уменьшения опасности вторичного радиоактивного загрязнения прилегающей местности за счет переноса пыли при движении транспорта.

Физический смысл существующих способов дезактивации сводится к удалению радиоактивных частиц с поверхности дороги путем срезания и удаления с проезжей части дорог с грунтовым покрытием или смыва струей воды (специальным раствором) под давлением с поверхности дорог с твердым покрытием.

Основным способом дезактивации дорог с твердым асфальтовым или бетонным покрытием наиболее доступным и широко применяемым на практике в летнее время является струйный способ, заключающийся в смыве радиоактивных частиц струей воды или специальных растворов с последующим удалением загрязненной жидкости в кюветы, специальные отстойники и могильники или в передвижные емкости.

При этом способе выполняются следующие операции:

а) смыв (отрыв) радиоактивных частиц с поверхности асфальта или бетона струей жидкости под давлением;

б) транспортирование (удаление) радиоактивных частиц с поверхности дороги вместе с растекающейся жидкостью в специальные водосборники или в передвижные емкости;

в) захоронение радиоактивно загрязненной жидкости в могильниках или специальных отстойниках.

Смыв (отрыв) радиоактивных частиц с поверхности асфальта или бетона осуществляется струей воды или специальных дезактивирующих растворов под давлением, создаваемым насосами поливомоечных или пожарных машин. Величина давления и скорости выброса струи жидкости, необходимой для отрыва радиоактивных частиц с незамасленных поверхностей, должна быть в пределах 1 - 5 кПа, а для замасленных трещиноватых поверхностей - до 50 кПа и более. Скорость выброса струи не менее 10 м/с.

Указанные значения давления струи жидкости могут быть достигнуты за счет применения компактных струй воды или дезактивирующих растворов поверхностно-активных веществ, при удалении сопла разбрызгивателя от обрабатываемой поверхности не более 2 - 3 м. При большем удалении сопла от обрабатываемой поверхности снижается удельное давление струи жидкости и, как следствие, снижается эффективность дезактивации поверхности.

Расход жидкости для дезактивации дорог с твердым покрытием при замасленной поверхности составляет около 30 л/м², а при незамасленной поверхности - от 3 до 1 л/м².

Транспортирование (удаление) радиоактивных частиц за пределы обрабатываемой поверхности дороги осуществляется в процессе движения пленки жидкости, образующейся после смыва (отрыва) частиц с поверхности дороги. Количество и скорость удаления смываемых радиоактивных частиц зависят от расхода воды, уклона поверхности дороги, с которой стекает жидкость, и диаметра (крупности) частиц.

Стекающая с дороги загрязненная жидкость может собираться в специальные водосборники и поглощающие колодцы, расположенные в котлованах, отрываемых в кюветах или в пониженных местах вблизи дороги.

Возможен сбор загрязненной воды в специальные емкости-прицепы к поливомоечным и пожарным машинам. Сбор отработавшей воды по замкнутому циклу осуществляется путем вакуумирования с использованием специальных пылесосов, с патрубками, ширина которых равна ширине обрабатываемого участка. В патрубок вмонтированы насадки для разбрызгивания воды. Одновременная подача дезактивирующей жидкости и отсасывание ее с поверхности дороги в специальную ёмкость предотвращает испарение жидкости, загрязненной радиоактивными частицами, и вторичное загрязнение воздушной среды.

При этом варианте сбора загрязненной жидкости требуется усиление биологической защиты кабины водителя поливомоечной или пожарной машины не менее чем в 10 раз (К_з ³ 10).

Захоронение радиоактивно загрязненной жидкости, стекающей и собираемой с поверхности дезактивируемых дорог в специальные ёмкости производится в отстойниках или поглощающих колодцах, отрываемых вблизи дороги на пониженных участках местности, или в специальных могильниках для захоронения жидких отходов.

В зимнее время дезактивация дорог с твердым покрытием осуществляется путем очистки от снега бульдозером или обработкой щетками, имеющимися на подметальных и тротуароуборочных машинах.

Дезактивация грунтовых дорог и колонных путей производится путём удаления (срезания грейдером) верхнего слоя загрязненного грунта, толщиной до 10 см с последующей засыпкой проезжей части гравием, щебнем, крупным песком, шлаком и другими каменными материалами или укладкой бетона (бетонных плит) или асфальта.

Процесс дезактивации грунтовых дорог включает следующие операции:

а) полив поверхности дороги водой с целью снижения пылеобразования при срезании грунта;

б) срезание грейдером (бульдозером, скрепером) поверхностного слоя дорожного полотна и обочин толщиной 5 - 10 см;

в) засыпка проезжей части дороги гравием, щебнем крупным песком, шлаком или укладка бетона (бетонных плит) и асфальта с последующим нанесением на свеженасыпанную поверхность с помощью автотранспорта битумных эмульсий специальных уплотняющих (связующих) растворов, жидкого стекла и других вяжущих материалов из расчета 2,5 - 5 л раствора на 1 м² поверхности дороги;

г) уплотнение проезжей части катками;

д) укладка бетонных плит, литого бетона или асфальта (после срезания поверхностного слоя с проезжей части и обочин дороги).

Коэффициент дезактивации дороги при этом способе может достигать 10 и более, в зависимости от времени, прошедшего с момента первоначального загрязнения, толщины материалов засыпки, погодных условий, характеристик грунтов на проезжей части дороги и т.п.

Комплект средств механизации, необходимых для выполнения этих работ может включать:

1 грейдер (бульдозер, скрепер) - для срезания грунта и разравнивания каменных материалов на проезжей части;

4 - 5 автосамосвалов для перевозки загрязненного грунта в могильник и каменных материалов для засыпки проезжей части бетона или асфальта (в зависимости от дальности возки);

1 гудронатор для разлива вяжущих материалов;

1 каток для уплотнения проезжей части.