Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное
Учреждение высшего профессионального образования
«Нижегородский государственный университет
им. Н.И. Лобачевского»
В.А. Басуров, А.Я. Моничев
Учебно-методическое пособие
Рекомендовано методической комиссией биологического факультета для студентов ННГУ всех специальностей
Нижний Новгород
2011
Содержание
Введение………………………………………………………………………...4
1. Безопасность объектов использования атомной энергетики (ОИАЭ)……...5
1.1. Общие понятия. Термины и определения…………………...……………5
1.2. Безопасность проектирования и эксплуатации атомных станций………7
1.3. Радиационные аварии………………………………………………...……8
1.3.1. Особенности радиационной обстановки при аварии на АЭС………..14
1.3.2. Аварий на ОИАЭ, примеры…………………………………...………..16
1.4. Защита населения при авариях на ОИАЭ……………………………….21
2. Дезактивация…………………………………………………………………..23
2.1. Общие представления о радиоактивном загрязнении и дезактивации..23
2.2. Способы дезактивации и локализации радиоактивных загрязнений…27
2.3. Технические средства дегазации …………………………….…………34
2.4. Дезактивация местности………………………………………………….35
2.5. Дезактивация зданий и населенных пунктов……………………….….36
2.6. Дезактивация оборудования, транспорта и одежды……………………38
2.7. Дезактивация продуктов питания…………………………..……………39
2.8. Санитарная обработка……………………………………...……………..40
3. Ядерное оружие……………………………………….………………………42
3.1. Виды ядерных зарядов…………………………………..………………..42
3.2. Поражающие факторы ядерного взрыва……………………..………….44
3.3. Радиоактивные осадки………………………………………...………….50
3.4. Специфика воздействия на человека продуктов ядерного взрыва (ПЯВ) и отдельных изотопов……………………………………………...……………52
3.5. Загрязнение окружающей среды в результате ядерных испытаний…..53
Литература………………………………………………………………..……...55
Введение
Интенсивные испытания сверхдержавами ядерного и термоядерного оружия в пятидесятых-шестидесятых годах и быстрое развитие атомной энергетики привело к выбросам в атмосферу огромных масс радиоактивных веществ. К этому надо добавить загрязнение окружающей среды радионуклидами, вследствие проводимых взрывов атомных зарядов в мирных целях.
Перечисленные факты свидетельствуют о том, что миллионы людей в мире проживают сейчас в неблагоприятной радиационной обстановке, что стало особенно ясно после аварии на Чернобыльской АЭС в середине восьмидесятых годов, когда произошло весьма значительное увеличение глобального радиационного фона.
Аварии на ядерных установках и утечки радионуклидов в биосферу на данном этапе развития цивилизации – явление далеко не редкое. Поэтому каждый сознательный житель планеты должен уметь оценивать радиационную обстановку на территории, где он проживает, иметь представление об основных естественных и искусственных радионуклидах, поражающих действиях радиоактивных веществ, их физических и химических свойствах, закономерностях концентрации их в различных сферах окружающей среды, влиянии на живые организмы, продвижении по пищевым цепям, методах экспрессной оценки радиоактивности различных объектов и способах защиты от внешнего и внутреннего радиоактивного облучения.
1. Безопасность объектов использования атомной энергетики (ОИАЭ)
1.1. Общие понятия. Термины и определения
Использование атомной энергии – это та сфера деятельности человека, которая не может быть опасной только для одного человека, одного объекта или одной территории. В этом состоит специфика атомных процессов и особенности воздействия объектов использования атомной энергетики. Другая особенность ОИАЭ – сочетание «силы» деления ядерного ядра с другими факторами, характерными для технически сложных производственных объектов.
Эти особенности, с одной стороны, позволяют странам-владельцам ядерных технологий (России в их числе) обеспечивать реальные преимущества (экономические, обороноспособность), а с другой – ставят перед ними задачу обеспечения безопасности ОИАЭ, защиты населения и окружающей среды.
Понятие безопасности в области использования атомной энергии, прежде всего, связано с ядерной и радиационной безопасностью. Другие виды опасностей (механические воздействия, электромагнитное излучение, возгорания и пожары и т.п.) рассматриваются либо в качестве возможного исходного события, либо как вторичные факторы и не являются для ОИАЭ определяющими. Критериями оценки степени безопасности являются в первую очередь количественные значения тех технических показателей, которые нормируются (минимальное число дублирующих систем безопасности, максимальное количество радиоактивных выбросов за сутки (месяц, год)) и т.п. Радиационная безопасность персонала, населения и окружающей среды считается обеспеченной, если соблюдаются требования радиационной защиты, установленные Федеральными законами РФ, действующими нормами радиационной безопасности и санитарными правилами. Для обеспечения радиационной безопасности необходимо руководствоваться следующими основными принципами (см. также учебно-методическое пособие «Радиационная безопасность: природа и источники ионизирующей радиации»):
:
В перечне нормативных правовых актов и нормативных документов, относящихся к сфере деятельности Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору для государственного регулирования безопасности при использовании атомной энергии (П-01-01-2009) содержится ряд правил и норм по безопасности, определяющих общие подходы и критерии оценки безопасности для ОИАЭ.
Показатели риска для здоровья людей от эксплуатации ядерных установок и радиационных источников приведены в таблице 1.
Таблица 1
Сравнительные показатели риска для здоровья людей от эксплуатации ядерных установок и радиационных источников
|
Этап ЯТЦ |
Онкологические заболевания |
Генетический эффект |
|
|
с летальным исходом |
без летального исхода |
||
|
Добыча урана |
1,4·10-2 |
3,4·10-2 |
2,8·10-3 |
|
Производство концентратов |
8,6·10-3 |
2,1·10-4 |
1,7·10-5 |
|
Отвалы в процессе эксплуатации |
8,1·10-4 |
1,9·10-4 |
1,6·10-4 |
|
Отвалы после эксплуатации |
8,1·10-1 |
1,9 |
1,6·10-1 |
|
Конверсия |
1,6·10-6 |
3,5·10-6 |
2,9·10-7 |
|
Изотопное обогащение |
1,2·10-6 |
2,9·10-6 |
2,4·10-7 |
|
Изготовление ТВС |
2,9·10-7 |
6,8·10-7 |
5,7·10-8 |
|
Переработка топлива |
1,6·10-1 |
4,0·10-1 |
3,3·10-2 |
|
Окончательное захоронение отходов |
Количественно не определено |
||
|
Транспорт |
6,5·10-5 |
1,6·10-4 |
1,3·10-5 |
Сравнение потенциальной опасности предприятий атомной энергетики можно провести на основе следующих параметров:
1.2. Безопасность проектирования и эксплуатации атомных станций
Содержание данного раздела ориентировано на освещение вопросов, связанных с обеспечением безопасности населения и приведено в соответствии с СанПиН 2.6.1.24-03. Санитарные правила проектирования и эксплуатации атомных станций (СП АС-030, далее – Правила). Данные Правила являются обязательными для организаций, осуществляющих деятельность, связанную с размещением, проектированием, строительством, вводом в эксплуатацию и эксплуатацией атомных станций (далее – АС) с реакторами различного типа (ВВЭР, РБМК, БН и др.), кроме транспортных ядерных энергетических установок и реакторных установок специального назначения.
Обеспечение радиационной безопасности АС должно осуществляться проведением комплекса специальных мероприятий:
Вокруг АС устанавливаются санитарно-защитная зона (далее – СЗЗ) и зона наблюдения (далее – ЗН). В санитарно-защитной зоне АС запрещается постоянное или временное проживание, размещение детских учреждений, больниц, санаториев и других оздоровительных учреждений, а также промышленных и подсобных сооружений, не предназначенных для строительства и эксплуатации АС. В СЗЗ и ЗН силами службы радиационной безопасности АС должен проводиться радиационный контроль.
Для действующих АС настоящими Правилами устанавливается квота на облучение населения, равная 250 мкЗв в год, а для проектируемых и строящихся АС - 100 мкЗв в год. Данные квоты устанавливаются на суммарное облучение населения от радиоактивных газоаэрозольных выбросов в атмосферу и жидких сбросов в поверхностные воды в целом для АС независимо от количества энергоблоков на промышленной площадке. Значения квот на облучение населения от радиационных факторов (выбросов и сбросов) при нормальной эксплуатации АС приведены в таблице 2.
Таблица 2
Квоты на облучение населения от выбросов и сбросов при нормальной эксплуатации АС, мкЗв в год
|
Радиационный фактор |
Атомная станция |
|
|
действующая |
строящаяся или проектируемая |
|
|
Газоаэрозольные выбросы |
200 |
50 |
|
Жидкие сбросы |
50 |
50 |
|
Сумма |
250 |
100 |
В качестве нижней границы дозы облучения от отдельного радиационного фактора при оптимизации радиационной защиты населения в режиме нормальной эксплуатации АС принимается минимально значимая доза, равная 10 мкЗв в год. С учетом технически достигнутого уровня безопасности АС в режиме нормальной эксплуатации (когда фактические выбросы и сбросы АС создают по каждому фактору воздействия дозу облучения лиц из населения менее 10 мкЗв в год) радиационный риск для населения при эксплуатации АС является безусловно приемлемым (< x 1Е(-6) год-1).
На АС установлены определенные требования к радиационному контролю. Система радиационного контроля (СРК), включающая автоматизированные аппаратурные комплексы и оборудование, обеспечивающее их функционирование (газодувки, трубопроводы, арматура и другое), должна обеспечивать получение и обработку информации о контролируемых параметрах, характеризующих радиационное состояние АС и окружающей среды при всех режимах работы АС, включая проектные и запроектные аварии, а также состояние АС при выводе из эксплуатации. Проектом АС должны быть предусмотрены:
1.3. Радиационные аварии
Радиационная авария – авария на радиационном опасном объекте (в частности ОИАЭ), приводящая к выходу (выбросу) радиоактивных продуктов и (или) ионизирующих излучений за предусмотренное проектом для нормальной эксплуатации границы в количествах, превышающие установленные пределы безопасной эксплуатации объекта. В более широком смысле радиационная авария – это потеря управления источником ионизирующего излучения с негативными последствиями для людей и окружающей среды. Радиационная авария нередко становится причиной чрезвычайной ситуации.
Ядерная авария – авария, связанная с повреждением тепловыделяющих элементов (ТВЭлов), превышающем установленные пределы безопасной эксплуатации, и (или) облучением персонала, превышающем допустимое для нормальной эксплуатации, вызванная:
Ядерные аварии, как правило, являются первопричиной радиационных аварий.
Основные причины аварий (по данным МАГАТЭ) приведены в таблице 3.
Таблица 3
Основные причины аварий на АЭС
|
Причины аварий |
Процент аварий |
|
Ошибки в проектах(дефекты) |
30,7 |
|
Износ оборудования, коррозия |
25,5 |
|
Ошибки оператора |
17,5 |
|
Ошибки в эксплуатации |
14,7 |
|
Прочие причины |
11,6 |
В случае аварии на радиационных опасных объектах радиационная обстановка на окружающей его территории и степень радиационной опасности для персонала и населения обуславливаются количеством и радионуклидным составом выброшенных во внешнюю среду радиоактивных веществ, расстоянием от источника аварийного выброса до населенных пунктов, характеров их застройки и плотностью заселения, метеорологическими, гидрологическими и почвенными характеристиками территории, временем года, характером использованием территории, водоснабжения и питания населения.
В результате аварийного выброса в атмосферу возможны следующие виды радиационного воздействия при вдыхании (в порядке очередности действия):
Для оценки опасности нештатных ситуаций на АЭС, единообразного понимания происходящих событий и происшествий, быстрого информирования населения, общественности, компетентных органов и заинтересованных организаций (в том числе и международных) о масштабе аварийного выброса в мире (и в России) Международная шкала ядерных событий (шкала INES) (таблица 4).
В развитии радиационной аварии различают следующие характерные фазы (стадии):
1. Ранняя фаза аварии охватывает период времени от начала аварии до момента прекращения выбросов радиоактивных веществ в атмосферу и окончания формирования радиоактивного следа на местности. Продолжительность этой фазы от нескольких часов до 1-2 недель. В этой фазе доза внешнего облучения формируется гамма- и бета- излучения радиоактивных веществ, содержащихся в облаке. Внутреннее облучение обусловлено ингаляционным поступлением в организм радиоактивных продуктов из радиоактивного облака. На ранней фазе аварии реализуются мероприятия в соответствии с ее радиационными и технологическими последствиями. Должны быть осуществлены меры по индивидуальной защите, йодной профилактике и оповещению соответствующих групп персонала, экстренной оценке аварийных доз облучения и оказанию неотложной медицинской помощи пострадавшим. Лиц с травматическими повреждениями, ожогами, химическими отравлениями или подвергшихся облучению выше 200 мЗв необходимо направлять на медицинское обследование. При радиоактивном загрязнении должна проводиться санитарная обработка людей и дезактивация загрязненной одежды.
Таблица 4
Международная шкала ядерных событий (шкала INES)
|
Степень и описание |
Последствия вне площадки АЭС |
Последствия на площадке АЭС |
Примеры |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Аварии |
|||
|
7. Крупная авария |
Внешний выброс значительной части радиоактивного материала из активной зоны энергетического реактора, содержащий смесь коротко- и долгоживущих радиоактивных продуктов деления, в результате которого будут превышены дозовые пределы для запроектных аварий |
Максимальны; тяжелые повреждения активной зоны и физических барьеров; возможность острых лучевых поражений; острые и отдаленные последствия для здоровья населения (на обширной территории, возможно не в одной стране); долговременные последствия для окружающей среды |
Авария на 4-м энергоблоке ЧАЭС, г.Чернобыль, СССР, 1986 г.; АЭС «Фукусима-1», Япония, 2011 г. |
|
6. Серьезная авария |
Внешний выброс радиоактивных материалов в результате которого дозовые пределы для проектных аварий будут превышены, а для запроектных - нет. Требуется полномасштабное выполнение плановых мероприятий по защите персонала и населения, включающих эвакуацию населения |
Тяжелые повреждения активной зоны и физических барьеров; серьезные последствия для здоровья людей. |
ПО «Маяк», СССР, 1957 г. |
|
5. Авария с риском для окружающей среды |
Ограниченный внешний выброс, приводящий к незначительному превышению дозовых пределов для проектных аварий; в некоторых случаях требуется частичное введение планов мероприятий по защите персонала и населения |
Тяжелые повреждения активной зоны и физических барьеров; вызванные механическим воздействием и плавлением; превышение критичности, крупный пожар или взрыв с выбросом большого количества радиоактивности в пределах установки |
Windscale, Великобритания, 1957 (реактор военного назначения); Three Mile Island, США, 1979 г. |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
4. Авария без значительных рисков для окружающей среды |
Незначительный внешний выброс радиоактивности в окружающую среду в количествах, не превышающих дозовые пределы для населения при проектных авариях. При таком выбросе необходимость в защитных мероприятий за пределами площадки маловероятна, за исключением, возможно, местного контроля пищевых продуктов. |
Серьезные повреждения активной зоны и радиологических барьеров; облучение работающих дозами порядка 1 Зв, вызывающих лучевые эффекты; возможна необходимость проведения крупных восстановительных работ на площадке |
Saint-Laurent, Франция, 1980 г.; Tokaimura, Япония, 1999 г. |
|
Происшествия (инциденты) |
|||
|
3 Серьезный инцидент |
Очень малый выброс радиоактивных веществ, в количестве, не превышающем 5-кратного допустимого суточного выброса; облучение населения на уровне доли установленных пределов. За пределами площадки не требуется принятия защитных мер |
Серьезное распространение радиоактивности; значительное переоблучение работающих (порядка 50 мЗВ) |
Vandellos, Испания, 1989 г.; Сибирский химический комбинат (Томск-7), СССР, 1993 г |
|
2. Инцидент |
Инциденты со значительным нарушением мер безопасности (отказы оборудования или отклонения от нормальной эксплуатации), которые хотя и не вызывают непосредственного влияния на безопасность станции, но способны привести к значительной переоценке мер по безопасности. Сохранение глубоко эшелонированной защиты, позволяющей справиться с последствиями. |
Значительное распространение загрязнения; облучение персонала, превышающее годовую предельную дозу |
Частые события |
|
1. Аномальная ситуация |
Отклонения от разрешенного режима эксплуатации, вызванные отказом оборудования, ошибкой человека или процедурными несоответствиями. Не представляют какого-либо риска, но указывают на недостатки в обеспечении безопасности (отказ оборудования, ошибки персонала, недостатки руководства) |
Не существенно для безопасности |
Частые события |
|
0. Отклонение ниже уровня шкалы |
Отклонения от эксплуатационных пределов и условий, устранимые в соответствии с предусмотренным регламентом |
Не имеет значения для безопасности |
Частые события |
2. Средняя фаза аварии продолжается от момента завершения формирования радиоактивного следа до принятия всех мер защиты населения. Продолжительность этой фазы – от нескольких недель до года и более. На этой фазе источником внешнего облучения являются радиоактивные вещества, осевшие из облака на поверхность земли, зданий, сооружений и т.п., и сформировавшие радиоактивный след. Внутрь организма радиоактивные вещества могут поступать при употреблении загрязненных продуктов питания и воды. На средней фазе аварии должны выполняться мероприятия по:
3. Поздняя фаза аварии длится до прекращения необходимости в выполнении защитных мер. Фаза заканчивается одновременно с отменой всех ограничений на жизнедеятельность населения загрязненной территории и переходом к обычному санитарно-гигиеническому и радиационному контролю сложившейся обстановки. Источники облучения на этой стадии те же, что на средней. На поздней фазе аварии должны быть решены задачи по радиационной защите при выполнении ремонтно-восстановительных работ; задачи по дезактивации загрязненных помещений и зданий АС, сбору и транспортированию радиоактивных отходов, реабилитации, при необходимости, загрязненных территорий и др.
В первоначальный период после радиационной аварии наибольший вклад в общую радиоактивность вносят радионуклиды с коротким периодом полураспада (обычно до двух месяцев). К основным из них можно отнести йод-131 и стронций-90 . В последующем спад активности определяется радионуклидами с большим периодом полураспада - от нескольких десятков до тысяч лет. Из них долгое время основную долю в динамику радиационной обстановки вносят биологически опасные радионуклиды цезий-137, стронций-90, плутоний-239 и другие.
1.3.1. Особенности радиационной обстановки при аварии на АЭС
Основная часть действующих и строящихся в России АС имеет водо-водяные ядерные энергетические установки (реакторы) типа ВВЭР-440, ВВЭР-1000, ВВЭР-1200 и уранографитовые реакторы канального типа РБМК-1000, которые размещены на Европейской части страны с высокой плотностью населения. Выработка атомной энергии в реакторах сопровождается накоплением в нем радиоактивных веществ. Величина активности продуктов деления, накопленных в реакторах, достигает десятки миллиардов Кюри. При этом 99,9 % от общей активности сосредоточено в ядерном топливе работающего реактора. Хотя количество радионуклидов в активной зоне реактора велико, реальную опасность при аварии представляют только выброшенные из реактора, радионуклиды. Доля выброса радионуклидов зависит от многих факторов, включая конструкцию реактора, состояние активной зоны, историю развития аварийного процесса и многое другое.
При разрушении реактора может происходить его полное обесточивание, отказ систем безопасности, выход из строя технологического оборудования, потеря теплоносителя, разогрев и плавление топлива. При этом возможен разгон реактора и взаимодействие расплавленного топлива с водой. Это может привести к паровому взрыву и мгновенному выбросу значительной части радиоактивных веществ в окружающую среду с последующим расплавлением всей активной зоны реактора и дальнейшим продолжительным истечением радиоактивных веществ. Количество и радионуклидный состав выброса из разрушенного реактора зависят от характера разрушения, мощности и типа реактора, режимов перегрузки топлива и времени, прошедшего после последней перегрузки. Они значительно отличаются от количества и радионуклидного состава продуктов ядерного взрыва.
Анализ и сравнение последствий взрыва ядерного заряда мощностью 1 Мт с выбросами из аварийного реактора 4-го энергоблока Чернобыльской АЭС (таблица 5) позволяют определить несколько особенностей:
1. Содержание короткоживущих радионуклидов в реакторе значительно ниже, по сравнению с продуктами ядерного взрыва, а содержание длительно живущих радионуклидов – на 2 порядка выше. Этим, главным образом, объясняется более медленный спад уровней радиации на местности, зараженной продуктами деления, выброшенными из ядерного реактора;
2. При разрушении реактора радиоактивное облако поднимается на небольшую высоту, порядка нескольких десятков или сотен метров. Следовательно, и площадь территории со смертельными дозами будет в 10-20 раз меньше, чем при наземном ядерном взрыве. Однако, поскольку в таком облаке содержатся очень мелкие частицы («горячие частицы»), имеющие очень малые скорости гравитационного осаждения, то они потоками, воздуха разносятся на расстояния в несколько сот и даже тысяч километров. В результате площади территорий, которые могут оказаться непригодными для обитания в течение длительного времени будут значительно больше, чем при ядерном взрыве. При этом радиоактивное загрязнение территорий будет иметь мозаичный (пятнистый) характер.
3. Фракционный состав выброшенной пыли (мелкая дисперсность) способствует проникновению радионуклидов в микротрещины, норы, обитаемые объемы и существенно затрудняет дезактивацию. Кроме того, сами выброшенные вещества могут находиться в растворимых и нерастворимых формах. Так называемые «горячие частицы» имеют чрезвычайно высокую радиоактивность и опасны для организма человека и животных.
Таблица 5
Характеристика радиоактивного загрязнения при ядерном взрыве и аварии на ЧАЭС
|
Радиоактивное загрязнение |
Ядерный взрыв (заряд мощностью1 Мт) |
Авария на ЧАЭС |
|
Температура формирования, °С |
до 1000000 |
Менее 2500 |
|
Высота подъема облака, км |
10-20 |
0,5-1,0 |
|
Продолжительность формирования, часов |
0,2 |
Более 100 |
|
Агрегатное состояние |
твердые частицы |
Аэрозоль |
|
Топография загрязнения |
равномерное |
Мозаичное |
|
Характер активности частиц |
поверхностная |
объемная |
|
Дисперсность частиц, мкм |
10-50 |
0,1-1000 |
1.3.2. Аварии на ОИАЭ, примеры
Авария в Уиндскейле (Windscale) [6]. Крупная радиационная авария, произошедшая 10 октября 1957 года на одном из двух реакторов атомного комплекса «Селлафилд», в графстве Камбрия на Северо-Западе Англии.В результате пожара в графитовом реакторе с воздушным охлаждением для производства оружейного плутония произошёл крупный (550-750 ТБк) выброс радиоактивных веществ. Авария соответствует 5-му уровню по международной шкале ядерных событий (INES) и является крупнейшей в истории ядерной индустрии Великобритании.
Из-за отсутствия контрольно-измерительных приборов и ошибок персонала процесс разогрева реактора вышел из-под контроля. В результате слишком большого энерговыделения металлическое урановое топливо в одном из топливных каналов вступило в реакцию с воздухом и загорелось. Многие ТВЭлы раскалились докрасна (1400 °C), выгрузить их не удалось, огонь перекинулся на 150 каналов, содержащих около 8 тонн урана. Попытки охладить реактор с помощью углекислого газа не увенчались успехом. В итоге в реактор затопили водой, осознавая при этом риск возможного взрыва. 12 октября реактор был переведён в холодное состояние.
Наибольший вклад в результирующую активность выброса был внесён радиоактивным йодом-131 (по расчётам порядка 20 тыс. Кюри). Долгосрочное загрязнение определилось цезием -137 и составило800 Кюри.
Детерминированные эффекты у персонала отсутствовали, никто не получил дозу, близкую к уровню, превышающему в десять раз установленный предел годовой дозы облучения всего тела для работников. После аварии производился контроль поступающего в продажу молока.
Авария на АЭС «Три-Майл Айленд» (Three Mile Island) [6], штат Пенсильвания, США – одна из крупнейших аварий в истории ядерной энергетики, произошедшая 28 марта 1979 года до сих пор считается самой тяжёлой ядерной аварией в США. В ходе аварии была серьёзно повреждена активная зона реактора, часть ядерного топлива расплавилась. На АЭС «Три-Майл Айленд» использовались водо-водяные реакторы с двухконтурной системой охлаждения, эксплуатировались два энергоблока, мощностью 802 и 906 МВт, авария произошла на блоке номер два (TMI-2). Отказ в работе основных и аварийных насосов системы охлаждения реактора, нарушения в работе измерительной аппаратуры, ряд ошибок в работе операторов вызвали повышение температуры и частичное разрушение ТВЭлов.
Хотя ядерное топливо частично расплавилось, оно не прожгло корпус реактора и радиоактивные вещества, в основном, остались внутри. По разным оценкам, радиоактивность благородных, выброшенных в атмосферу, составила от 2,5 до 13 миллионов Кюри, однако выброс опасных нуклидов был незначительным. Территория станции также была загрязнена радиоактивной водой, вытекшей из первого контура. Беременным женщинам и детям дошкольного возраста было рекомендовано покинуть пятимильную (8 км) зону. Средняя эквивалентная доза радиации для людей, живущих в 10-мильной (16 км) зоне составила 80 мкЗв и не превысила 1 мЗв для любого из жителей.
Работы по устранению последствий аварии были начаты в августе 1979 года и официально завершены в декабре, обошлись в 975 миллионов долларов США. Была проведена дезактивация территории станции, топливо было выгружено из реактора. Однако, часть радиоактивной воды впиталась в бетон защитной оболочки и эту радиоактивность практически невозможно удалить. Эксплуатация другого реактора станции (TMI-1) была возобновлена в 1985 году.
Авария на Чернобыльской АЭС [7]. Разрушение 26 апреля 1986 года четвёртого энергоблока Чернобыльской атомной электростанции, расположенной на территории Украинской ССР (ныне — Украина). Данная авария расценивается как крупнейшая в своём роде за всю историю атомной энергетики, как по предполагаемому количеству погибших и пострадавших от её последствий людей, так и по экономическому ущербу. 31 человек погиб в течение первых трех месяцев после аварии; отдаленные последствия облучения, выявленные за последующие 15 лет, стали причиной гибели от 60 до 80 человек. 134 человека перенесли лучевую болезнь той или иной степени тяжести, более 115 тыс. человек из 30-километровой зоны были эвакуированы. Для ликвидации последствий были мобилизованы значительные ресурсы, более 600 тыс. человек участвовали в ликвидации последствий аварии.
Ко времени аварии на ЧАЭС действовали четыре энергоблока на базе реакторов РБМК-1000 (реактор большой мощности канального типа) с электрической мощностью 1000 МВт (тепловая мощность – 3200 МВт) каждый. Ещё два аналогичных энергоблока строились.
В 01:24 26 апреля 1986 года на 4-м энергоблоке Чернобыльской АЭС произошёл взрыв, который полностью разрушил реактор. Здание энергоблока частично обрушилось, в различных помещениях и на крыше начался пожар. Впоследствии остатки активной зоны расплавились, смесь из расплавленного металла, песка, бетона и фрагментов топлива растеклась по подреакторным помещениям. Перед аварией в реакторе четвёртого блока находилось 180—190 т ядерного топлива (диоксида урана). По оценкам, которые в настоящее время считаются наиболее достоверными, в окружающую среду было выброшено от 5 до 30 % от этого количества. Кроме топлива, в активной зоне в момент аварии содержались продукты деления и трансурановые элементы – различные радиоактивные изотопы, накопившиеся во время работы реактора. Именно они представляют наибольшую радиационную опасность. Большая их часть осталась внутри реактора, но наиболее летучие вещества были выброшены наружу, в том числе: все благородные газы; примерно 55 % йода в виде смеси пара и твёрдых частиц, а также в составе органических соединений; содержавшиеся в реакторе изотопы урана, плутония, йода-131, цезия-134, цезия-137, стронция-90. Суммарная активность веществ, выброшенных в окружающую среду, составила, по различным оценкам, до примерно 38×107 Ки.
Загрязнению подверглось более 200 тыс. км², примерно 70 % – на территории Белоруссии, России и Украины. Радиоактивные вещества распространялись в виде аэрозолей, которые постепенно осаждались на поверхность земли. Благородные газы рассеялись в атмосфере и не вносили вклада в загрязнение прилегающих к станции регионов. Загрязнение было очень неравномерным, оно зависело от направления ветра в первые дни после аварии. Наиболее сильно пострадали области, в которых в это время прошёл дождь. Большая часть стронция и плутония выпала в пределах 100 км от станции, так как они содержались в основном в более крупных частицах. Иод и цезий распространились на более широкую территорию. Беспрецедентная по своим масштабам аварии на ЧАЭС привела к радиоактивному загрязнению территорий Белгородской, Брянской, Воронежской, Калужской, Курской, Орловской, Ленинградской, Липецкой, Рязанской, Тамбовской, Тульской, Пензенской, Смоленской, Ульяновской областей, Мордовии. Повышение уровня радиации наблюдалось в 20 странах, в радиусе в 2000 км от ЧАЭС.
После аварии на 4-м энергоблоке работа электростанции была приостановлена из-за опасной радиационной обстановки. Однако уже в октябре 1986 года, после обширных работ по дезактивации территории и постройки «саркофага», 1-й и 2-й энергоблоки были вновь введены в строй; в декабре 1987 года возобновлена работа 3-го.
25 декабря 1995 года был подписан Меморандум о взаимопонимании между Правительством Украины и правительствами стран «большой семёрки» и Комиссией Европейского союза, согласно которому началась разработка программы полного закрытия станции к 2000 году. 15 декабря 2000 года станция прекратила генерацию электроэнергии.
Саркофаг, возведённый над четвёртым, взорвавшимся, энергоблоком постепенно разрушается. Опасность, в случае его обрушения, в основном определяется тем, как много радиоактивных веществ находится внутри. По официальным данным, эта цифра достигает 95 % от того количества, которое было на момент аварии. Если эта оценка верна, то разрушение укрытия может привести к очень большим выбросам.
Авария на АЭС «Фукусима-1» [8]. «Фукусима-1» расположена в городе Окума в префектуре Фукусима, включает шесть энергоблоков мощностью 4,7 ГВт, является одной из крупнейших атомных электростанций в мире.
11 марта 2011 года недалеко от японских островов произошло землетрясение, ставшее самым интенсивным за всю историю наблюдений. На атомной электростанции «Фукусима-1» три работающих энергоблока были остановлены действием аварийной защиты, все аварийные системы сработали в штатном режиме. Однако спустя час из-за последовавшего за землетрясением цунами было прервано электроснабжение, в том числе от резервных дизельных генераторов (они находились прямо на берегу). Без достаточного охлаждения во всех трех энергоблоках начал снижаться уровень теплоносителя и повышаться давление, создаваемое образующимся паром. Первая серьёзная ситуация возникла на энергоблоке №1. Для недопущения повреждения реактора высоким давлением пар (радиоактивный) сбрасывали в гермооболочку, давление в которой возросло выше расчетных значений. Давление в гермооблочке удалось снизить, однако при этом в обстройку реакторного отделения проникло большое количество водорода, образовавшегося в результате оголения топлива и окисления циркониевой оболочки ТВЭЛов паром. 12 марта водород взорвался, в результате чего обрушилась часть бетонных конструкций. Корпус реактора сильно не пострадал. Четыре человека, принимавшие участие в работах на станции, получили ранения, резко повысились значения уровня радиации на прилегающих территориях. Аналогичным образом развивались события на блоке №3: вышла из строя система аварийного охлаждения, начался сброс давления в гермооболочке выпуском пара. 14 марта произошел взрыв водорода, ударная волна привела к ранению 11 человек, радиационный фон в районе станции возрос. Взрыв на блоке № 2 (15 марта 2011 г.) был небольшой мощности, но сопровождался интенсивным загрязнением радионуклидами окружающей среды. Одновременно на блоке №4 произошёл пожар в хранилище отработанного ядерного топлива, радиоактивные вещества стали поступать в атмосферу. Сброс воды, которая использовалась для охлаждения реактора, привел к значительному радиоактивному загрязнению океана в районе станции.
Первоначально Авария на АЭС «Фукусима-1» была отнесена к 4 уровню по шкале INES.В последствии степень тяжести аварии был повышена до 5 уровня (18 марта, авария с широкими последствиями), а затем до 7 уровня (12 апреля, крупная авария). Масштаб аварии предполагают длительные и многоплановые работы по ликвидации последствий.
Авария на химическом комбинате ПО «Маяк» («Кыштымская авария») [1] — крупная радиационная техногенная авария, произошедшая 29 сентября 1957 года на комбинате «Маяк», расположенном в закрытом городе «Челябинск-40» (в настоящее время – г. Озерск). Авария называется Кыштымской ввиду того, что город Озёрск был засекречен и отсутствовал на картах до 1990 года. Кыштым — ближайший к нему город. 29 сентября 1957 года из-за выхода из строя системы охлаждения произошёл взрыв ёмкости объёмом 300 кубических метров, где содержалось около 80 м³ высокорадиоактивных ядерных отходов. Взрывом, оцениваемым в десятки тонн в тротиловом эквиваленте, емкость была разрушена, бетонное перекрытие толщиной 1 метр весом 160 тонн отброшено в сторону, в атмосферу было выброшено около 20 млн. Кюри радиоактивных веществ.
Часть радиоактивных веществ были подняты взрывом на высоту 1—2 км и образовали облако, состоящее из жидких и твёрдых аэрозолей. В течение 10-11 часов радиоактивные вещества выпали на протяжении 300-350 км в северо-восточном направлении от места взрыва (по направлению ветра). В зоне радиационного загрязнения оказалась территория нескольких предприятий комбината «Маяк», военный городок, пожарная часть, колония заключённых и далее территория площадью 23000 км2 с населением 270 000 человек в 217 населённых пунктах трёх областей: Челябинской, Свердловской и Тюменской. Сам Челябинск-40 не пострадал. 90 процентов радиационных загрязнений выпали на территории ЗАТО (закрытого административно-территориального образования) химкомбината «Маяк», а остальная часть рассеялась на большой площади.
В ходе ликвидации последствий аварии 23 деревни из наиболее загрязнённых районов с населением от 10 до 12 тысяч человек были отселены, а строения, имущество и скот уничтожены. Для предотвращения разноса радиации в 1959 году решением правительства была образована санитарно-защитная зона на наиболее загрязнённой части радиоактивного следа, где всякая хозяйственная деятельность была запрещена, а с 1968 года на этой территории образован Восточно-Уральский государственный заповедник. Сейчас зона заражения именуется Восточно-Уральским радиоактивным следом (ВУРС). Для ликвидации последствий аварии привлекались сотни тысяч военнослужащих и гражданских лиц, получивших значительные дозы облучения.
Кроме того, санкционированный и аварийный сброса жидких радиоактивных отходов реакторов ПО «Маяк» в открытую гидрографическую сеть привело к сильному загрязнению реки Теча. У значительного числа людей, проживающих в бассейне реки, диагностирована хроническая лучевая болезнь. На данной территории зафиксировано увеличение заболеваемости населении по основным классам болезни, лейкозами, наблюдается рост новообразований и общей смертности.
1.4. Защита населения при авариях на ОИАЭ
Мероприятия по защите населения при аварии на ОИАЭ должны планироваться с учетом фаз протекания аварии, на основе критериев для принятия неотложных решений в начальном периоде радиационной аварии, установленных НРБ-99 (см. более подробно учебно-методическое пособие «Радиационная безопасность: природа и источники ионизирующей радиации»).
Действие плана мероприятий по защите населения должно распространяться на территорию, границы и размеры которой определяются возможным выбросом радиоактивных веществ при аварии. В пределах этой территории должны быть выделены "зона планирования защитных мероприятий" и "зона планирования мероприятий по обязательной эвакуации населения".
В планах мероприятий по защите населения в случае аварии на ОИАЭ должны быть отражены следующие основные положения:
- исходные данные для планирования защиты населения;
- основные мероприятия по защите населения;
- организация и проведение радиационной разведки;
- организация оповещения и связи;
- порядок оказания медицинской помощи пострадавшим;
- координация действий руководства и персонала ОИАЭ, а также территориальных сил и служб гражданской обороны, местных органов исполнительной власти, министерств и ведомств.
При аварии в зависимости от складывающейся обстановки и фазы протекания аварии для защиты населения от радиационного воздействия должны приниматься следующие мероприятия:
- ограничение пребывания населения на открытой местности (временное укрытие в домах и убежищах);
- герметизация жилых и служебных помещений на время развития аварии;
- йодная профилактика;
- защита органов дыхания и кожных покровов;
- эвакуация населения;
- регулирование доступа в район загрязнения, ограничение передвижения автотранспорта по загрязненной территории;
- санитарная обработка лиц в случае загрязнения одежды и кожных покровов (см. п. 3.7.);
- медицинская помощь;
- простейшая обработка продуктов питания, загрязненных радиоактивными веществами (обмыв, удаление поверхностного слоя и пр.);
- исключение или ограничение потребления в пищу загрязненных продуктов питания (в первую очередь, молока и других продуктов местного производства) (см. п. 3.8.);
- переселение;
- дезактивация загрязненной местности (см. п. 3.4. ).
Необходимость и объем указанных мероприятий определяются в каждом конкретном случае на основании анализа данных, характеризующих исходные события и пути развития аварии, экспресс-оценки возможных радиационных последствий аварийного выброса и результатов измерений реальной обстановки в районе радиоактивного загрязнения.
Особое значение в первые 7-10 суток с момента радиационной аварии имеет йодная профилактика, направленная на предупреждение ингаляционного воздействия радиоизотопа йода (I-131, период полураспада около 8 суток).
Максимальный защитный эффект достигается при заблаговременном или одновременном с поступлением в организм радиоактивного йода приемом его стабильного аналога. Прием этого препарата в более поздние сроки значительно снижает эффективность йодной профилактики, но даже его прием через 6 часов после разового поступления радиоактивного йода в организм может снизить дозу облучения щитовидной железы. Поэтому организация йодной профилактики должна предполагать возможность выдачи препаратов стабильного йода населению в максимально сжатые сроки. Основной задачей является своевременное информированием населения о необходимости как однократного, так и повторных приемов препаратов стабильного йода. Для выдачи препаратов стабильного йода населению могут привлекаться санитарные дружины, санитарные посты, медицинские работники, а также специально назначенные для этого лица из числа работников объектов экономики.
При угрозе поступления в организм радиоактивного йода для защиты от облучения щитовидной железы назначают взрослым и детям старше 2 лет по 0, 125 г 1 раз в день; детям до 2 лет - по 0, 04 г в день. Препарат принимают ежедневно до исчезновения угрозы поступления радиоактивного йода в организм. Формы выпуска: таблетки по 0, 04; 0, 125; 0, 25 и 0, 5 г в банках оранжевого стекла.
2. Дезактивация
2.1. Общие представления о радиоактивном загрязнении и дезактивации
Дезактивация – это обезвреживание объектов, подвергшихся радиоактивному (РА) загрязнению, путем его удаления или изоляции загрязненных поверхностей. Удаление РА веществ из жидких и газообразных средств определяется термином «очистка», а обезвреживание кожных покровов человека – «санитарная обработка».
Радиоактивное заражение может произойти при транспортировке, получении, хранении и использовании радиоактивных веществ (РВ) в случае нарушений правил безопасности, в результате аварий на АЭС, а также при применении ядерного оружия. Зараженные объекты опасны как источники внешнего облучения и внутреннего заражения людей и животных. На предприятиях и в лабораториях, где персонал имеет контакт с РВ, дезактивация является обязательным мероприятием. Она проводится после окончания работ с открытыми источниками ионизирующих излучений (содержащими РВ порошками, растворами, мазями и др.), т. к. попадание их на кожу и слизистые оболочки даже в небольших количествах может вызвать радиационные ожоги. Радиоактивность зараженных РВ объектов уменьшается за счет самопроизвольных внутриядерных превращений радиоактивных элементов. Этот процесс называется естественной дезактивацией. Она происходит в течение длительного времени, которое зависит от периодов полураспада РВ. На практике ее используют для снижения уровней радиоактивного заражения воздуха и сточных вод до безопасных величин. С целью предупреждения или уменьшения тяжести радиационных поражений необходимо проводить искусственную дезактивацию, основные методы проведения которой и осуждаются в данном разделе.
Дезактивация может быть полной и частичной. Полная дезактивация заключается в абсолютном удалении РВ со всех поверхностей и из объемов объектов или уменьшении их зараженности до уровней, не вызывающих радиационные поражения. Частичная дезактивация заключается в удалении РВ до тех же уровней, но только с наиболее опасных мест (открытых участков тела, одежды, обуви) и с поверхностей объектов, с которыми люди соприкасаются при выполнении служебных обязанностей.
Подчеркнем, что речь идет лишь об удалении РА загрязнений или изоляции загрязненной поверхности. Предотвратить или каким – либо образом изменить самопроизвольное выделение энергии, которая в виде радиации оказывает пагубное воздействие на организм человека, невозможно.
Дезактивация неразрывно связана с источниками и условиями РА загрязнений которые определяются механизмом образования, природой, радионуклидным (РН) составом и други ми особенностями этих загрязнений. По существу, она является процессом обрат ным процессу РА загрязнения.
В зависимости от условий образования РА веществ и последствий их воздействия на окружающую среду, источники РА загрязнений можно классифицировать на производственные, аварийные и связанные с испытанием и эксплуатацией ядерных боеприпасов (рис.1).
К производственным относятся РА загрязнения, связанные с эксплуатацией ядерно-энергетических установок (ЯЭУ) и получением ядерного топлива, с транспортировкой и захоронением РА отходов.
Аварийные РА загрязнения могут быть локальными и массовыми. Локальные обычно не распространяются за пределы административного образования (префектуры, района, квартала) или за пределы промышленного и другого объекта (здания, помещения, свалки, отсека полночной лодки, надводного корабля). Наиболее характерные случаи и источники локальных аварийных РА загрязнений:
В свою очередь загрязнения могут быть точечными, площадными и объемными.
Точечные возникают в тех случаях, когда РА препарат находится в пробирках или какой-либо другой таре. В случае таких загрязнений попросту производят их изъ ятие.
Площадные РА загрязнения распространяются на определенное расстояние от их источника. Ликвидация подобных загрязнений трудоемка и связана с целым комплексом работ — дозиметрическим контролем, применением ограничительных мер, оповещением, соблюдением техники безопасности и, конечно, дезактивацией.
Объемные загрязнения возникают в процессе проведения земляных работ над бывшими незафиксированными могильниками, местами захоронения РА отходов и препаратов.
Массовыми следует считать такие загрязнения, которые опасны для населения, требуют частичной или полной его эвакуации, дезактивации в больших масшта бах. Это происходит при крупных радиационных авариях, испытательных ядерных взрывах.
Загрязнение в значительной степени определяется агрегатным состоянием РА веществ (твердым, жид ким, газообразном). Попадая на различные объекты РА вещества закрепляются на их поверхностях. В зависимости от условий различают поверхностное и глубинное загрязнение.
Радионуклиды в виде молекул или ионов способны самопроизвольно проникать вглубь ма териала (лакокрасочные покрытия, металл, полимерные и другие материалы). Этот процесс называют диффузией. Если загрязняемый объект имеет пористую структуру, например, кирпич, некоторые сорта бетона, грунт, песок, сыпучие стро ительные материалы, то РН, растворенные в жидкости, способны проникать на значительную глубину через поровое пространство.
Глубина проникновения зависит от свойств материалов, со стояния РН, условий загрязнения (например, времени контакта с поверхностью) и колеблется в довольно широких пределах. Ориентировочно можно считать, что глубина проникновения составляет: для некоторых металлов – до 1 мм, лакокра сочных покрытий, бетона и кирпича – до 5 мм, грунта – до 7 см.
Дезактивацию объектов, подвергшихся глубинному загрязнению, провести труд нее по сравнению с удалением поверхностных РА загрязнений.
Рис. 1. Пути миграции радиоактивных веществ
Различают первичные и вторичные загрязнения. Первичными называются те, которые образовались в процессе аварий, производственной деятельности, в результате взрывов и эксплуата ции ядерных боеприпа сов. Они связаны с осе данием частиц из воз духа или волной среды, осаждением радиоак тивных веществ па раз личных объектах, а также в результате кон такта с РА препарата ми. Вторичными загрязнениями считают переход РА веществ с ранее загрязненного объекта на неза грязненный (чистый) или загрязненный, но в меньшей степени.
Опыт Чернобыля показал, что один и тот же объект за счет вторичных процессов может загрязняться несколько раз. В этих условиях вторичное загрязнение стано вится многократным. Так, РА вещества с местности, сооружений, транспортных средств и особенно дорог могут вновь переходить в воздушную среду, а затем осе дать или осаждаться, загрязняя не только источник самого загрязнения, но. и ранее чистые объекты. В условиях Чернобыля подобный процесс в сухую погоду повто рялся ежедневно.
Наиболее вероятные пути миграции РН, вызывающие вторичное загрязнение, схематически представлены на рис. 1. Перенос РН по пищевой цепи — сложный и неоднозначный процесс. Он зависит от формы РН, размеров частиц-носителей ак тивности, особенностей биомассы растений и других условий. Некоторые звенья цепи, связанные, например, с загрязнением посевов, в условиях массового РА за грязнения после Чернобыля приобрели порой более важное значение по сравне нию с первичным РА загрязнением.
Не исключены и другие источники вторичных загрязнений. Например: при по жаре леса РН переходят в дым и золу, загрязняя воздух и поверхность земли. Ис пользование загрязненных дров приводит к загрязнению дымоходов печей, кото рые не поддаются дезактивации.
Оценка эффективности дезактивации. Загрязненные объекты являются источниками внешнего и внутреннего облучения людей. При контакте с загрязненной поверхностью могут произойти ожоги кожи.
Эффективность удаления РА веществ с поверхности различных объектов оцени вается при помощи коэффициента дезактивации (КД), а снижение опасности облу чения людей — при помощи коэффициента снижения (КС) мощности дозы. Остановимся более подробно па характеристике этих коэффициентов.
КД показываетЮ во сколько раз снизилось в результате дезактивации радиоактивное загрязнение поверхности объекта:
КД= Ан /Ак (1)
где Ан – начальное (до дезактивации), а Ак – конечное (после дезактивации) РА загрязнение. В этой формуле начальное и конечное загрязнение может быть выражено в виде удельной и объемной активности или плотности потока, соответственно Бк/кг, Бк/л и Бк/см2.
КС мощности дозы (МД) определяет, во сколько раз уменьшилась опасность облучения людей:
КС= МДн/ МДк (2)
где МДн — начальная и МДк — конечная (после дезактивации) у загрязненного объекта.
При определении численных значений КД и КС измерения РА загрязнений сле дует производить в одних и тех же единицах и при соблюдении идентичных усло вий, т.е. при помощи одного и того же прибора, в одних и тех же местах, на опреде ленном расстоянии от загрязненной поверхности.
В случае локальных аварий и при дезактивации поверхностей на незагрязненной территории, когда опасность исходит только от одного дезактивируемого объекта, эффективность дезактивации оценивается при помощи КД. Если же радиоактивность определяется суммарно несколькими или многими РА загрязненными объектами (например, внутри помещений – от оборудования, стен, пола; в населенных пунктах – от зданий и сооружений, территорий; на местности – в случаях РА загрязнений большой территории, значительно превышающей размер дезактивируемого участка местности), то эффективность работ следует оценивать по КС.
Итак, основным показателем эффективности дезактивации является КД, но в некоторых случаях КС и безопасный уровень остаточной активности. На их базе в атомной энергетике и ранее применительно к РА загрязнениям Чернобыля разработана шкала качества дезактивационных работ по пятибалльной системе. В обобщенном виде шкала качества дезактивационных работ представлена ниже (табл. 6)
Таблица 6
Шкала качества дезактивационных работ
|
Шкала качества |
I |
II |
III |
IV |
V |
|
Эффективность дезактивации |
Отличная |
Хорошая |
Удовлетворительная |
Плохая |
Очень плохая |
|
Значения КД: -в атомной энергетике -в Чернобыле |
более 100 более 20 |
50-100 10-20 |
25-50 2-10 |
менее 25 2 |
- менее 2 |
Опасность облучения людей определяется МД. Безопасное остающееся после дезактивации ко личество РА веществ регламентируется нормами радиационной безопасности НРБ-99.
2.2. Способы дезактивации и локализации радиоактивных загрязнений
Существующие способы дезактивации можно классифицировать по различным признакам, которые, с одной стороны, определяются особенностями РА загрязнения, а с другой – условиями проведения самой дезактивации, выбор которой диктуется спецификой РА загрязнения различных объектов.
На рисунке 2 приведена классификация основных способов обеззараживания. В ее основу положены агрегатное состояние дезактивирующей среды и особенности проведения собственно дезактивации. В зависимости от агрегатного состояния дезактивирующей среды все способы можно разделить на безжидкостные, жидкостные и комбинированные. Жидкостные могут быть основаны на использовании механического воздействия (например, за счет напора струи воды) или в результате обработки специальными растворами.
Желание повысить эффективность дезактивации привело к осуществлению об работки путем сочетания различных способов. Под комплексной дезактивацией следует понимать обработку одного и того же объекта различными способами. Например, в Чернобыле оборудование и помеще ния обезвреживались сначала при помощи пылесосов, а затем с помощью ДР.
Рис. 2. Классификация способов дезактивации
Такая же последовательность соблюдалась при дезактивации полимерных полов помещений после локальных аварийных РА загрязнений порошкообразным препа ратом. В условиях массового загрязнения может возникнуть необходимость мно гократной очистки. В Чернобыле многократная дезактивация проводилась вынужденно в связи с множественным вторичным загрязнением одних и тех же объектов и недостаточной эффективностью одноразовой обработки
Не все способы применяются одинаково часто. По этой причине их можно ус ловно разделить на две группы — основные и вспомогательные. На рис.2 приведе ны основные способы дезактивации, особенности которых будут более подробно рассмотрены в дальнейшем.' К вспомогательным следует отнести те, которые осу ществляются без применения технических средств (протирание загрязненной по верхности щетками или ветошью) или при помощи ультразвука, с использованием энергии электрического поля, оплавлением верхнего загрязненного слоя, шлифо ванием. Последняя группа вспомогательных способов в системе не применяется.
Процесс дезактивации происходит в две стадии, рис. 3. Первая заключается в пре одолении связи между носителями РА за грязнений и поверхностью обрабатывае мого объекта (1-б). В случаях глубинно го РА загрязнения сначала производят из влечение глубинных загрязнений, на по верхность (1-а). После этого загрязнение переходит из глубинного в поверхностное и затем удаляется.
Не менее важной является вторая стадия процесса дезактивации. Она заключается в транспортировке РА загрязнений с об рабатываемого объекта (2) рис. 3. Когда вторая стадия проводится не в полной мере, а тем более отсутствует, то происходит оседание РА загрязнений (3). А это значит, что мы встречаемся со вторичным загрязнением уже в процессе самой дезак тивации. Фактически имеет место перераспределение загрязнений на поверхности, а не их удаление.
Рис. 3. Стадии процесса дезактивации
\
Подобное разграничение процесса дезактивации на две стадии несколько условно. Эта условность определяется тем, что обе стадии могут происходить одновременно, либо с преимуществом какой-либо из них. Исключение составляет дезакти вация снятием верхнего загрязненного слоя, когда две стадии процесса происходят одновременно. Далее приведена краткая характеристика основных способов дезактивации.
Дезактивация струей газа (воздуха) и пылеотсасыванием. В первой стадии процесса дезактивации струей газа (воздуха) с поверхности уда ляются РА загрязнения в виде жидкости, мелких частиц и структурированных масс; РА загрязне ния переводятся во взвешенное или аэрозольное состояние. Для повышения эффективности используется воздушная струя с. введенным в нее порошка, обладающего абразивным действием и способного снять верхний слой, загрязнение которого вызвано проникновением РА веществ вглубь материала. Коэффициент дезактивации резко возрас тает и может достигнуть 200, что гарантирует отличное качество обработки. Вторая стадия связана с удалением РА загрязнений с обрабатываемого объекта, когда эти загрязнения во взвешенном состоянии приобретают способность двигаться по инерции.
Данный способ можно использовать для дезактивации окрашенных металлических из делий и пористых материалов, например, бетона и кирпича, в случае глубинного загрязнения. Существенными недостатками является расход абразивного порошка, возникновение смеси РА загрязнений с отработавшим абра зивным порошком, механическое повреждение обрабатываемых поверхностей, воздействие на человека аэрозолей. В связи с этим предпочтение следует отдать установкам, работающим на при нципе замкнутого цикла.
При дезактивации пылеотсасыванием поток воздуха направлен не на обрабатываемую поверхность, а от нее. Фильтрация за грязненного потока позволяет улавливать удаленные частицы и осуществлять очистку на основе замкнутого цикла— в этом преимущество способа пылеотсасывания от дезактивацией струей газа или воздуха.
В процессе работы пылесосов загрязняются внутренние поверхности воздушного тракта и особенно пылесборник и фильтр. Это представляют опасность для персонала, а сама дезактивация пылесоса трудоемка и требует соблюдения особых мер безопасности.
Дезактивация снятием загрязненного слоя и изоляцией загрязненной поверхности. При снятии загрязненного слоя совмещаются две стадии процесса дезактивации. Этот способ может быть реализован в отношении местности, дорог, окрашенных изделий, строительных материалов и конструкций и т.п.
С учетом гарантии эффективной дезактивации, неровнос тей обрабатываемых поверхностей и грунта, неравномерности проникновения РН можно считать, что снимаемый верхний загрязненный слой должен быть в два раза толще глубины проникновения РН.
К недостаткам данного метода следует отнести сопутствующие процессы, связанные с транспортировкой снятого загрязнен ного материала, его захоронением, что оборачивается неизбежным вторичным РА загрязнением и требует проведения дополнительных дезактивационных работ. Весь процесс дезактивации снятием загрязненного слоя весьма трудоемок.
Изоляция загрязненной поверхности направлена, главным образом, на защиту от гамма-излучения. В таблице 3 приведены расчетные значения толщины для среднего значения энергии гамма-излучения, составляющего 0,4 МэВ.
Таблица 7
Расчетные значения толщины изолирующего слоя различных материалов для ослабления уровня гамма-излучения
|
Снижение гамма- излучения |
Изолирующий материал, толщина слоя, см |
|||
|
бетон |
железо |
свинец |
вода |
|
|
в 2 раза |
10,0 |
2,9 |
0,43 |
21,1 |
|
в 50 раз |
57,0 |
16,5 |
2,4 |
119,6 |
Изолирующая способность щебня, песка и грунта примерно соответствует пока зателям, характерным для бетона.
Для создания изолирующего слоя используют сыпучие порошкообразные мате риалы, природные (песок, грунт, щебень и др.) и промышленные строительные заготовки в виде железобетонных и бетонных плит, различных блоков, листового, материала, в том числе полимерного.
Изоляция загрязненной поверхности связана с рядом существенных недостатков. Выгрузка сыпучего материала на загрязненной местности невольно приводит к загрязнению транспортных средств и к пылеобразованию, способствующему вторич ному РА загрязнению, в том числе и самого сыпучего материала, предназначенно го для изоляции загрязненных участков. После укладки бетонных плит возникают между ними щели, через которые могут проникать загрязнения на чистую сторону этих плит. Хороший результат дает асфальтирование дорог. Наиболее эффектив ными оказались полимерные пленки, о которых речь пойдет ниже.
Дезактивация струей воды и паром. Является доступным и широко применяемым способом дезактивации оборудования, участков местности с твердыми покрытиями, тран спортных и др. средств. Эффективность ее зависит от структуры струи, расхода воды и напора (давления) перед насадкой, генерирующей водную струю. Введение в низко- и средненапорные струи абразивных препаратов, использование импульсного режима обработки позволяет добиться сравнительно высокого значения КД.
Обработку транспорта, оборудования, аппаратуры, зданий и сооружений можно осуществлять струей пара, где он используется в качестве рабочего тела для непос редственной обработки загрязненной поверхности. КД может достигать в некоторых случаях 100 и более. Кроме того пар применяют для эжектирования воды или дегазирующих растворов (ДР) из емкости.
Однако этот способ имеет ряд слабых сторон. Для генерации пара требуются специальные установки с относительно большой производительностью.
Применение и эксплуатация котлов требует значительных материальных затрат и расхода энергетических ресурсов. Кроме того, при работе с котла ми, как с аппаратами под давлением, требуется строгое соблюдение многих правил техники безопасности. Снижение расхода пара при достаточной эффективности дезактивации достига ется применением пароэмульсионного способа. Он предусматривает использова ние ДР, которые стойки к воздействию пара и не теряют дезактивирующей способ ности.
Дезактивация с помощью дезактивирующих растворов. Дезактивация значительной части объектов (транспорта, одежды, оборудования, зданий, помещений, дорог с твердым покрытием) осуществляется с применением. ДР различного состава и целевого назначения. Известны и используются сотни различных композиций ДР. Вне зависимости от их состава процесс дезактивации идет по следующей схеме: (Поверхность + РА загрязнения) + ДР —> Поверхность + (ДР + РА загрязнения). Эту схему можно интерпретировать следующим образом: для дезактивации ДР должны преодолеть связь РА загрязнений с поверхностью объекта (первая стадия процесса дезактивации) и удерживать эти загрязнения, предотвратив их возможность осаждения на уже обработанную поверхность. Затем со здать условия для удаления загрязнений вместе с отработавшими ДР.
При использовании ДР, как и других жидкостных способов, не рекомендуется обработка пористых материалов, таких как кирпич, шифер, некоторые сорта бетона, древесина неокрашенная и некоторые другие, так как в водной среде усугубляется процесс проникновения РА загрязнений вместе с водой на еще большую глу бину.
В зависимости от состава ДР можно разделить на три основные группы: ДР на основе поверхностно-активных веществ (ПАВ), окислителей и сорбентов.
ДР на основе ПАВ применяют для дезактивации различных объектов путем орошения поверхности с одновременным протиранием щетками, меха ническое воздействие которых позволяет интенсифицировать процесс де зактивации, т.е. способствовать извлечению загрязнений и удалению их вместе с отработавшим ДР. КД повышается при введении 10-40% абразивного порошка и может достигать 80.
Некоторые ПАВ, могут быть использованы для дезактивации пеной. Пена позволяет обрабатывать авиационную технику, некоторые виды оптической, электронной и другой аппаратуры. Недостатки данного способа связаны с осуществлением второй стадии процесса дезактивации — транспортирующая способность пены незначи тельна. С течением времени пена гаснет, образуется очень тонкий и порой не сплош ной слой жидкости, что дает возможность РА загрязнениям вновь вернуться на уже обработанную поверхность. Это обстоятельство предопределяет двухстадийную обработку: нанесение пены и ее выдержка (экспозиция) в течение определенного времени; затем происходит удаление пены струей воды, воздействием вакуума или механическим путем.
ДР растворы на основе окислителей многокомпонентны. В их состав входят кислоты (например, азотная и щавелевая), щелочи (едкий натр), а также некоторое количество ПАВ,. ДР на основе окислите лей применяются для дезактивации замасленных, сильно загрязненных и подвер гшихся коррозии металлических поверхностей, а также в случаях удаления глубин ных РВ вместе с верхним загрязненным слоем. Растворы подобного типа являются одними из основных в атомной энергетике при дезактивации аппаратуры и главным образом внутренних контуров различных агрегатов, соприкасающихся с теплоносителем и подвергшихся коррозии.. Кроме того эти ДР используются при обеззараживании оборудования отработавших ЯЭУ. Обычно численные значе ния КД не меньше 30, что по шкале качества определяют как удовлетворительные.
Третью группу ДР составляют суспензии, т.е. такие системы, в водной среде ко торых распределены твердые частицы. Этими твердыми частицами являются со рбенты, о них более подробно будет рассказано в следующем пункте. В качест ве сорбентов могут применятся бентонитовые глины, сульфитно-спиртовая барда, цеолиты и др. Суспензии этой группы применяются для дезактивации внутренних и внешних вертикально расположенных стен зданий.
Использование сорбентов и полимерных пленок. Сорбентами называют порошки, способные поглощать на своей поверхности различные вещества, в том числе и РН. Процесс поглощения веществ называют адсорбцией, в результате которой вещества самопроизвольно извлекаются из раз личной среды: жидкой и газообразной. Концентрация извлеченных на поверхность веществ в сотни и даже тысячи раз превышает их концентрацию в среде, окружаю щей сорбент.
Способность адсорбировать различные вещества придает им пористая структу ра поверхности. Многочисленные поры, резко увеличивают поверхность сорбен тов, а следовательно способность адсорбировать. Такая способность определяется размерами пор и удельной поверхностью. Поры имеют очень небольшие размеры, порой соизмеримые с размерами молекул.
Удельная поверхность пор измеряется в м2/кг, она показывает размер поверхности сорбента с учетом пор, приходящих на 1 кг порошка. Удельная поверхность такого сорбента как глина превышает 10 000 м2/кг, активированного угля в сотни раз больше.
Сорбенты применяют для извлечения РН из газовой и водной сред в процессе очистки воды и воздуха, а также с различных поверхностей загрязненных объек тов. Сорбенты, которые применяются для дезактивации, могут быть на основе мине ральных веществ. К минеральным сорбентам относятся упомянутые ранее глины и цеолиты. Глинистые сорбенты (бентониты различного класса, монтмориллонит, каолин, гидрослюда) желательно подвергнуть активации, что увеличивает их ад сорбционную способность. К минеральным сорбентам относятся также диатомиты, опоки, которые образовались из мельчайших микроорганизмов.
При использовании минеральных сорбентов помимо адсорбции, происходит набухание - процесс увеличения массы вещества путем поглощения воды, содержащей РН. Заметим, что сорбенты в результате адсорбции извлекают РН, находящиеся в молекулярной и ионной фор ме.
К угольным сорбентам относятся углеродные материалы, получаемые высоко температурной обработкой различных ископаемых углей, древесных пород, торфа и других веществ, богатых углеродом. После обработки паром или инертными га зами, которая необходима для очистки пор, вводят добавки, связывающие различ ные РН.
Процесс дезактивации при использовании сорбентов идет в две стадии, которые отличаются от стадий других способов дезактивации. Сначала имеет место движение РН к поверхности сорбента, а затем собственно их адсорбция на этой поверхности. Эти стадии процесса продолжительны по времени. Если струей воды, например, процесс дезактивации осуществляется за секунды, то в случае применения сорбентов он исчисляется десятками минут, а иногда и часами. Сорбенты способны избирательно поглощать различные РН (селективность).
Для образования пленок приме няются главным образом поли мерные материалы, а также сорбенты. В зависимости от целевого назначения следует различать три группы пленок: изолирующие (акку мулирующие), дезактивирующие и локализующие. Изолирующие пленки предвари тельно (наносятся на чистую незагрязненную поверхность; в отличие от локализующих, которые наносят на поверхность уже подвергшуюся РА загрязнению. Действие дезактивирующих пленок заключается в закрепле нии их на поверхности объекта и проникновении РА загрязнений в глубь матери ала пленки. Дезактивирующие удаляются с поверхности объекта вместе с удержи ваемыми ими РА загрязнениями. Срок действия изолирующих (неудаляемых) мо жет исчисляться месяцами и даже годами. Локализующие в зависимости от объек та и целевого назначения могут быть как удаляемыми так и неудаляемыми.
Локализация радиоактивных загрязнений. Под локализацией РА загрязнений следует понимать, применение способов, предотвращающих переход РВ с загрязненной поверхности или из воздушной и водной среды на другие незагрязненные поверхности или в какую-либо среду, не содержащую радиоактивные вещества в опасных количествах. В связи с тем, что локализация осуществляется при помощи тех же технических средств и способов, что и дезактивация, уместно их рассмотреть в совокупности.
Локализация по существу есть предотвращение вторичного загрязнения объектов. Основными способами локализации считаются:
1. Изоляция загрязненной поверхности. Подвергаются загрязненные местности, дорога, сооружения, транспорт и одежда.
2. Пылеподавление. Относится главным образом к местности. Причем одновременно происходит изоляция загрязненной территории
3. Обваловка. Связана с закреплением грунта, обрамляющего акватории, и предотвращением распространения загрязнений течением рек, паводком, перемещением грунтовых и других вод.
4. Химико-биологическое задернение грунта. Направлено на рекультивацию земель, подвер гшихся загрязнению с тем, чтобы исключить возможность поражения растений и животных.
2.3. Технические средства дегазации
В соответствии с особенностями способов дезактивации и условий РА загрязне ния технические средства (ТС) дезактивации можно разделить на три основные группы:
специальные, разработанные и используемые для дезактивации и других ви дов специальной обработки (дегазации и дезинфекции);
многоцелевые, при разработке которых помимо основного назначения предусмотрена возможность их применения для дезактивации;
обычные, т.е. такие ТС, которые могут привлекаться для проведения дезакти вации, особенно после локальных аварий.
Схематически состав различных групп ТС представлен на рис. 4.
Рис. 4. Классификация технических средств дезактивации
2.4. Дезактивация местности
Загрязненная местность, во-первых, является источником внешнего облучения, а во-вторых, генерирует РА загрязнения в окружающую среду, что способствует рас пространению радиации и вторичному загрязнению. Не подлежат дезактивации заболоченная местность, пустыни, участки тундры и тай ги, склоны гор и ложбины.
Дезактивация местности определяется масштабами ее загрязнения. Возможны локальные загрязнения ограниченных участков и масштабные — больших терри торий, которые вызваны непредвиденными авариями или взрывами ядерных боеприпасов. В локальных случаях, как правило, обеззараживанию подвергается весь участок местности. При массовом проводится выборочная дезактивация дорог, отдельных участков местности, сельскохозяйственных угодий.
Полотно бетонных и асфальтированных дорог большей частью дезактивируется струей воды с использованием специаль ных и поливомоечных машин коммунального хозяйства. Основным способом дезактивации грунтовых дорог и отдельных участков мес тности является снятие верхнего загрязненного слоя.
Кроме того, загрязненную местность изолируют засыпкой (песком, шлаком, щебенкой) или незагрязненным грунтом, бетонированием, асфальтированием и укладкой бетонных плит. Дезактивация путем засыпки загрязненных участков местности осуществляется следующим образом: транспортировка чистого материала, опорожнение самосва лов, распределение его ровным слоем, обычно с помощью бульдозеров или грейде ров. В результате засыпки загрязненных участков уменьшается КС, значения которо го в зависимости от толщины неукатанного грунта изменяются следующим образом:
Толщина насыпаемого слоя грунта, см 10 30 50
Средние значения КС 3 24 154
Бетонирование и асфальтирование применяют обычно для изоляций небольших площадей (территорий). Весьма эффективным способом изоляции отдельных участков местности явля ется укладка бетонных плит. Работы упрощаются и сводятся к доставке плит, их укладке и заделке швов между ними.
Дезактивация культивированной местности имеет свои особенности. При ска шивании трав удаляется от 40 до 80% загрязнений (в пересчете на КД=1,25-2,50). Основной способ дезактивации культивированного грунта— перепахивание (пе реворачивание), которое можно рассматривать как изоляцию незагрязненным плас том. Значения КС по уменьшению гамма-излучения в зависимости от глубины вспаш ки изменяются следующим образом:
Глубина вспашки, см 10 30 50
Среднее значение КС 7,5 12,5 15,0
Вспашка обычно, проводится, на глубину 50 см, что позволяет провести факти ческое захоронение верхнего загрязненного слоя и снять опасность внешнего облу чения. Кроме того перепахивание — довольно эффективный способ понижения возможности перехода РА загрязнений в растения. Однако перепахивание лишь перераспределяет их, а не извлекает из почвы. Оно не исключает вертикального перемещения вверх РА веществ по поровому пространству почвы и другим путем.
Специфична дезактивация угодий в процессе проведения сельскохозяйственных работ, в том числе с использованием минеральных удобрений. По сути, это биологический способ дезактивации. Корневая система растений дей ствует как своеобразный насос, перенося в биомассу растений, которые затем ска шиваются и уничтожаются с соблюдением правил радиационной безопасности: В качестве растения, способного осуществить биологическую дезактивацию в боль шинстве случаев используют клевер.
2.5. Дезактивация зданий и населенных пунктов
Дезактивацию зданий и сооружений (для сокращения в дальнейшем ограничим ся одним словом «здания») следует рассматривать в зависимости от уровня радиа ции, свойств строительных материалов, размеров и конфигурации наружных час тей здания, особенностей внутренних помещений.
Основными строительными материалами являются бетон и кирпич. Как уже от мечалось, именно они подвергаются глубинному РА загрязнению и трудно подда ются дезактивации.
Работы следует начинать с крыши. Выбор способа определяется материалом кров ли (железо, рубероид, шифер, черепица) и несущей способностью ферм. Очистка струей воды, пылесосами и ДР наиболее эффективна для железных крыш. Однако предпочтение следует отдать «сухим» способам, например применять полимерные дезактивирующие пленки.
Дезактивацию наружных поверхностей зданий проводят с целью снижения радиационного фона и безопасного их использования. В связи с этим обработке сна чала подвергают наиболее загрязненные части зданий, а также двери, оконные про емы и места стоков дождевой воды.
Дезактивация помещений и оборудования может осуществляться различными способами. Предпочтение следует отдать безжидкостным: пылеотсасыванию, об работке механическими щетками, снятию верхнего загрязненного слоя, в первую очередь слоя краски, применению дезактивирующих пленок, особенно полимер ных. Одним из надежных способов дезактивации является обработка стен и потолка пеной. Практикуется также и многослойная окраска.
Дезактивация пола осуществляется путем снятия верхнего загрязненного слоя механическим путем или изоляцией поверхности полимерными материалами, в некоторых случаях и бетоном.
Перед началом дезактивации населенного пункта проводится тщательная радиационная разведка и дозиметрическая паспортизация, а также работы по предотвращению пылеобразования в зоне, прилегающей к населенному пункту. Дезактивация осуществляется с целью предотвратить эвакуа цию населения, однако может проводиться и тогда, когда люди уже покинули места проживания. Работы проводят комплексно — с применением различных спосо бов, по вертикали (кроны деревьев, заборы, стены) и по горизонтали (крыши, тер ритория), с одновременным ремонтом и при необходимости разборки обветшалых строений, с частичной заменой крыш и заборов, с обязательным дозиметрическим контролем.
Комплексный подход к дезактивации населенных пунктов городского типа за ключается в обработке зданий и помещений, прилегающей территории, дорожных покрытий (тротуары и дороги) и поверхности дождевого коллектора, лесных на саждений около домов, мест свалки.
За базовую расчетную единицу дезактивации мест проживания сельских жите лей принято подворье. Оно включает: жилой дом, хозяйственные постройки и при усадебный участок. Полная обработка подворья заключается в проведении следу ющих операций: отключение электроэнергии, обеззараживание крыш и стен, а при необходимости помещений и замена кровли, снос ветхих построек и замена забора, снятие загрязненного грунта и вывоз его, обустройство колодцев, завоз чистого грунта, дозиметрический контроль. Дезактивация подворий и улиц должна проводиться одновременно. Работы, ве дутся от центра населенного пункта к его окраинам с учетом направления ветра.
По окончании всех работ обеззараживали технику, проводили контрольный за мер остаточных уровней загрязнения и сдавали населенный пункт местным влас тям.
2.6. Дезактивация оборудования, транспорта и одежды
В зависимости от объема работ и уровня РА загрязнений рассматривают частичную и полную дезактивацию. При частичной обработке подвергают отдельные узлы, л в процессе полной — все детали и узлы оборудования.
Основные принципы обработки прежние: пылеотсасывание, применение пены, снятие верхнего загрязненного слоя, особенно краски, изоляция радиоактивной поверхности. Специфические способы следующие: дезактивация ультразвуком и электрохимическим путём, при помощи фреона, переплавкой, паром, с использо ванием абразивного порошка, слесарного и токарного оборудования, вибрацией, пульсацией, применением химических реагентов для растворения РА загрязнений.
В случае с автотранспортом в условиях первичного загрязнения за счет оседания РА частиц из воздушной среды преимущественно поражаются горизонтальные поверхности (тенты, кузова, крыши кабин и др.). В свою очередь загрязнение вертикальных поверхностей со ставляет примерно 10% от горизонтальных. При движении, особенно в дождливую погоду, больше всего загрязняется ходовая часть автомобилей.
Равномерная дезактивация всего автомобиля без учета особенностей РА загряз нения не эффективна, ибо более опасному заражению подвергаются: масляный фильтр, радиатор, отдельные узлы двигателя, задний борт и задняя часть кузова автомобиля. Именно эти части необходимо обрабатывать в первую очередь.
С учетом опыта крупных радиационных аварий (Чернобыль, Украина, 1986 г.) необходимость оборудования стационарных мест обработки тех ники на станциях обеззараживания техники (СОТ) или пунктов специальной обра ботки (ПуСО). Их принципиальное отличие в том, что на ПуСО помимо дезакти вации техники проводится еще санитарная обработка людей и обеззараживание одежды.
Основным элементом СОТ и ПуСО является эстакада (рис. 5) с системой слива отработав шей воды и ДР.
Рис. 5. Эстакада для дезактивации транспорта
Остановимся более подробно на дезактивации одежды. Ее загрязнение обычно происходит при контакте с радиоактивной поверхностью, в результате оседания РВ веществ из воздуха. Эффективность дезактивации определяется не только осо бенностями самих РА загрязнений, но и свойствами материала, из которой изго товляется одежда. Например, в хлопчатобумажных и шерстяных тканях РА загряз нения удерживаются ворсинками, а растворенные в воде РН способны проникать в глубь. Средства индивидуальной защиты, к числу которых относятся защитные костюмы, фартуки, чулки, перчатки, изготовленные из синтетических и полимер ных материалов, подвергаются главным образом поверхностному РА загрязнению.
Одежда, спецодежда, СИЗ могут дезактивироваться безжидкостными способа ми, среди которых наиболее распространена обработка пылесосами. Отдельные части одежды могут очищаться щетками, а снятая — выколачиванием и вытряхи ванием. Эффективность этих способов невелика — КД обычно не превышает 2. В связи с этим возникает необходимость применять жидкостные способы. К числу основных относится стирка в стиральных машинах и экстракция. Дезактивации стиркой подвергаются ком бинезоны, костюмы, халаты, обычная одежда, белье, полотенца, СИЗ и другие из делия, изготовленные из тканей и защитных материалов.
Обеззараживание одежды, кроме стирки с использованием воды, проводят, при меняя в качестве жидкой среды растворитель. Этот способ дезактивации называют экстракционным. Растворителями служат дихлорэтан, тетрахлорэтилен и некото рые другие. Экстракционный способ по существу аналогичен химической чистке одежды, эффективность достаточно высока — КД не превышает 30.
2.7. Дезактивация продуктов питания
Первостепенное значение здесь приобретает профилактика РА загрязнений. Она заключается в создании условий, исключающих или значительно снижающих возможность попадания РВ на продукты питания.
Продовольственные склады и другие помещения должны быть герметичны. Пе ревозят продукты питания в рефрижераторах, фургонах, цистернах, контейнерах, и в крайнем случае в автомобилях с тентом.
Значительная роль отводится таре. Она изготавливается из стойких к воздейст вию РА загрязнений материалов, что гарантирует чистоту продуктов питания. Наиболее надежно защищены консервированные продукты как в металлической, так и в стеклянной укупорке.
В качестве материалов, использующихся для упаковки, применяют полиэтилен, картон, алюминиевую фольгу, бумагу и бумажные мешки, хлопчатобумажную ткань, деревянные ящики. Тара подвергается дезактивации протиранием щетками, пылеотсасыванием, обработкой ДР и другими способами. Ни один из перечисленных материалов не в состоянии препятствовать РА загрязнению в тех случаях, когда РД вещества находятся в жид ком состоянии. Лучшими защитными свойствами по отношению к жидким РВ об ладают алюминиевая фольга и отчасти полиэтилен.
Кроме самих продуктов питания возможно РА загрязнение пищевого сырья жи вотного и растительного происхождения, которое оборачивается негативными пос ледствиями.
Для продуктов питания, прошедших дезактивацию, в зависимости от остаточ ной удельной активности в единицах Ки/л или Ки/кг предполагаются следующие возможности их использования: полный запрет; на откорм скоту и переработку; изменение технологии хранения, переработки и дальнейшего использования; пот ребление в пищу при соблюдении определенных условий.
Дезактивация путем снятия загрязненного слоя характерна для таких продуктов как рыба, мясо, хлеб, сливочное масло и отчасти овощи и фрукты. Помидоры, яб локи, сливы и др., имеющие гладкую поверхность, загрязняются главным образом снаружи. Их необходимо тщательно промыть теплой водой, а у яблок, груш, пер сиков и других подобных фруктов снять кожицу. Для овощей, фруктов и ягод, по верхность которых имеет сложную конфигурацию, например капуста и некоторые другие РА загрязнения могут проникнуть на некоторую глубину. Дезак тивация в этом и подобных случаях осуществляется снятием верхнего загрязненно го слоя. Легко подвергаются дезактивации такие продук ты, которые защищены естественным изолирующим слоем, удаляемым перед упот реблением, например, зерно, горох, фасоль, картофель, цитрусовые, дыня и др.
Обеззараживание продовольствия происходит в процессе переработки пищево го сырья. Подобным образом дезактивируется сахар, получаемый из сахарной свек лы, масленичные и волокнистые культуры. Дезактивация продуктов происходит в ходе консервирования, в процессе подготовки их предварительно промывают и бланшируют, т.е. обрабатывают паром. При этом происходит значительное удале ния РА веществ, их становится меньше в 2-6 раз по отношению к первоначальному количеству. Кипячение, например, губчатых и пластинчатых грибов в течение 30 минут позволяет извлечь примерно 80% находящихся в них РН цезия. Из всех продуктов питания особое значение приобретает дезактивация молока. При этом используются следующие способы: технологический (переработка загрязненного молока на сливки, творог, сыр, сухое и сгущенное молоко), с помощью сорбентов и ионного обмена.
2.8. Санитарная обработка
РА загрязнения воздействуют на человека в результате попадания на кожные покровы, внешнего облучения, при вдохе воздуха и с пищей. В последних двух слу чаях возникает опасность внутреннего облучения.
Первое и главное условие радиационной безопасности заключается в предотвра щении РА загрязнений человека. Помимо СИЗ для предотвращения РА загрязне ния кожных покровов открытых участков тела разработаны и применяются изоли рующие материалы в виде мазей, паст и специальных кремов. Они могут выпол нять и дезактивирующие функции. РН не в состоянии достигнуть кожи и закрепляются на изолирующем материале, который выполняет роль экрана. Изолирующий материал должен соответствовать определенным санитарно-гигиеническим требо ваниям, к числу которых относится отсутствие вредного воздействия на кожу, со хранение защитных свойств, по крайней мере, в течение нескольких часов, возмож ность легкого удаления водой или мыльными растворами.
Изолирующие материалы предотвращают РА загрязнения открытых участков кожи, но не исключают опасность бета- и особенно гамма-облучения. Твердые РА загрязнения закрепляются лишь на поверхнос ти кожи. Для растворов РН кожа является биологическим барьером, но растворенные РН довольно легко преодолева ют защитный барьер, проникают в глубь кожи и могут распространяться в орга низме, действовать таким же образом, как и введенные в организм с пищей или воздухом. Кроме того РА загрязнения могут вызывать так называемые бета-ожоги кожи.
Для удаления РН с поверхности кожи как правило требуется многократная обработка ДР на основе ПАВ. При попадании РА веществ на открытые и слабозащищенные участ ки кожного покрова. возникает необходимость очистки всей поверхности кожи человека. Такая обработка именуется санитарной. Она проводится преиму щественно как санитарно-гигиеническое мероприятие и заключает ся в помывке горячей водой. Санитарная обработка отличается от гигиенической помывки дозиметрическим контролем, определенной последовательностью с целью предотвращения вторич ного загрязнения, организацией стока воды и ее сбора, заменой белья и одежды и другими особенностями. Наиболее эффективна многократная обработка с использованием мыла или моющих средств; иногда используют различные композиции ДР и моющих средств.
Сокращения
АЭС — атомная электрическая станция
ЧАЭС — Чернобыльская атомная электрическая станция
ЯЭУ — ядерная энергетическая установка
ДР — дезактивирующий раствор
КД — коэффициент дезактивации
МД — мощность дозы
КС — коэффициент снижения мощности дозы
ПАВ — поверхностно-активные вещества
СОТ — станция обеззараживания техники
ПуСО — пункт специальной обработки
РА — радиоактивные загрязнения
РВ — радиоактивные вещества
РН — радионуклиды
ТС — технические средства
СИЗ — средства индивидуальной защиты
3. Ядерное оружие
Ядерным оружием называют боеприпасы, действие которых основано на использовании внутриядерной энергии, выделяющейся при ядерных реакциях деления или синтеза. Центром ядерного взрыва называют точку, в которой происходит вспышка или находится центр огненного шара, а эпицентром - проекцию центра взрыва на земную или водную поверхность.
3.1. Виды ядерных зарядов
Атомные заряды. Действие атомного оружия основывается на реакции деления тяжелых ядер (уран-235, плутоний-239 и т.д.). Цепная реакция деления развивается не в любом количестве делящегося вещества, а лишь только в определенной для каждого вещества массе. Наименьшее количество делящегося вещества, в котором возможна саморазвивающаяся цепная ядерная реакция, называют критической массой. Уменьшение критической массы будет наблюдаться при увеличении плотности вещества.
Делящееся вещество в атомном заряде находится в подкритическом состоянии. По принципу его перевода в надкритическое состояние атомные заряды делятся на пушечные и имплозивного типа.
В зарядах пушечного типа две и более частей делящегося вещества, масса каждой из которых меньше критической, быстро соединяются друг с другом в надкритическую массу в результате взрыва обычного взрывчатого вещества (выстреливания одной части в другую).
При создании зарядов по такой схеме трудно обеспечить высокую надкритичность, вследствие чего его коэффициент полезного действия невелик. Достоинством схемы пушечного типа является возможность создания зарядов малого диаметра и высокой стойкости к действию механических нагрузок, что позволяет использовать их в артиллерийских снарядах и минах.
В зарядах имплозивного типа делящееся вещество, имеющее при нормальной плотности массу меньше критической, переводится в надкритическое состояние повышением его плотности в результате обжатия с помощью взрыва обычного взрывчатого вещества. В таких зарядах представляется возможность получить высокую надкритичность и, следовательно, высокий коэффициент полезного использования делящегося вещества.
Термоядерные заряды. Действие термоядерного оружия основывается на реакции синтеза ядер легких элементов. Для возникновения цепной термоядерной реакции необходима очень высокая (порядка нескольких миллионов градусов) температура, которая достигается взрывом обычного атомного заряда. В качестве термоядерного горючего используется обычно дейтрид лития-6 (твердое вещество, представляющее собой соединение лития-6 и дейтерия).
Нейтронные заряды. Нейтронный заряд представляет собой особый вид термоядерного заряда малой мощности с повышенным нейтронным излучением. Как известно, при взрыве ядерного боеприпаса ударная волна несет около 50% энергии, а проникающая радиация не более 5%. Предназначение ядерного заряда нейтронного типа заключается в том, чтобы перераспределить соотношение поражающих факторов в пользу проникающей радиации, а точнее, потока нейтронов.
По данным иностранной печати, американским специалистам удалось создать подобные снаряды для боеголовок тактических ракет "Лэнс" и 155-миллиметровых артиллерийских систем. При взрыве нейтронного снаряда ударная волна и световое излучение вызывают сплошные разрушения в радиусе 200-300 м. А доза нейтронного излучения, которая возникает на расстоянии 800 м от точки взрыва нейтронной боеголовки ракеты "Лэнс", почти сразу лишает человеческий организм жизнеспособности.
Чистый заряд. Чистый заряд – это ядерный заряд, при взрыве которого выход долгоживущих радиоактивных изотопов существенно снижен. Ядерные боеприпасы применяются для снаряжения авиабомб, фугасов, торпед, артиллерийских снарядов. Средствами доставки ядерных боеприпасов могут являться баллистические ракеты, крылатые и зенитные ракеты, авиация.
Мощность ядерных боеприпасов. Ядерное оружие обладает колоссальной мощностью. При делении урана массой порядка килограмма освобождается такое же количество энергии, как при взрыве тротила массой около 20 тысяч тонн. Термоядерные реакции синтеза являются еще более энергоемкими. Мощность взрыва ядерных боеприпасов принято измерять в единицах тротилового эквивалента. Под тротиловым эквивалентом понимается энергетическая характеристика взрыва ядерного или термоядерного заряда. Иными словами, тротиловый эквивалент – это масса тринитротолуола, которая обеспечила бы взрыв, по мощности эквивалентный взрыву данного ядерного боеприпаса. Обычно он измеряется в килотоннах (кт) или в мегатоннах (Мт).
В зависимости от мощности ядерные боеприпасы делят на калибры:
Термоядерными зарядами комплектуются боеприпасы сверхкрупного, крупного и среднего калибров; ядерными - сверхмалого, малого и среднего калибров, нейтронными - сверхмалого и малого калибров.
3.2. Поражающие факторы ядерного взрыва
В зависимости от задач, решаемых ядерным оружием, от вида и расположения объектов, по которым планируются ядерные взрывы, а также от характера предстоящих боевых действий ядерные взрывы могут быть осуществлены в воздухе, у поверхности земли (воды) и под землей (водой). В соответствии с этим различают следующие виды ядерных взрывов: воздушный, высотный (в разряженных слоях атмосферы), наземный (надводный), подземный (подводный).
Ядерный взрыв способен мгновенно уничтожить или вывести из строя незащищенных людей, открыто стоящую технику, сооружения и различные материальные средства. Основными поражающими факторами ядерного взрыва (ПФЯВ) являются:
При ядерном взрыве в атмосфере распределение выделяющейся энергии между ПФЯВ примерно следующее: около 50% на ударную волну, на долю светового излучения 35%, на радиоактивное заражение 10% и 5% на проникающую радиацию и ЭМИ.
Ударная волна. Ударная волна в большинстве случаев является основным поражающим фактором ядерного взрыва. По своей природе она подобна ударной волне вполне обычного взрыва, но действует более продолжительное время и обладает гораздо большей разрушительной силой. Ударная волна ядерного взрыва может на значительном расстоянии от центра взрыва наносить поражения людям, разрушать сооружения и повреждать боевую технику.
Ударная волна представляет собой область сильного сжатия воздуха, распространяющуюся с большой скоростью во все стороны от центра взрыва. Скорость распространения ее зависит от давления воздуха во фронте ударной волны; вблизи центра взрыва она в несколько раз превышает скорость звука, но с увеличением расстояния от места взрыва резко падает. За первые 2 с ударная волна проходит около 1000 м, за 5 с – 2000 м, за 8 с – около 3000 м.
Поражающее действия ударной волны на людей и разрушающее действие на боевую технику, инженерные сооружения и материальные средства, прежде всего, определяются избыточным давлением и скоростью движения воздуха в ее фронте. Незащищенные люди могут, кроме того, поражаться летящими с огромной скоростью осколками стекла и обломками разрушаемых зданий, падающими деревьями, а также разбрасываемыми частями боевой техники, комьями земли, камнями и другими предметами, приводимыми в движение скоростным напором ударной волны. Наибольшие косвенные поражения будут наблюдаться в населенных пунктах и в лесу; в этих случаях потери населения могут оказаться большими, чем от непосредственного действия ударной волны. Поражения, наносимые ударной волной, подразделяются на легкие, средние, тяжелые и крайне тяжелые.
Легкие поражения наступают при избыточном давлении 20-40 кПа (0,2-0,4 кгс/см2) и характеризуются временным повреждением органов слуха, общей легкой контузией, ушибами и вывихами конечностей. Средние поражения возникают при избыточном давлении 40-60 кПа (0,4-0,6 кгс/см2). При этом могут возникнуть вывихи конечностей, контузия головного мозга, повреждение органов слуха, кровотечение из носа и ушей. Тяжелые поражения возможны при избыточном давлении ударной волны 60-100 кПа (0,6-1,0 кгс/см2) и характеризуются сильной контузией всего организма; при этом могут наблюдаться повреждения головного мозга и органов брюшной полости, сильное кровотечение из носа и ушей, тяжелые переломы и вывихи конечностей. Крайне тяжелые травмы могут привести к смертельному исходу при избыточном давлении более 100 кПа (1,0 кгс/см2).
Степень поражения ударной волной зависит, прежде всего, от мощности и вида ядерного взрыва. При воздушном взрыве мощностью 20 кт легкие травмы у людей возможны на расстояниях до 2,5 км, средние – до 2 км, тяжелые – до 1,5 км, крайне тяжелые – до 1,0 км от эпицентра взрыва. С ростом калибра ядерного боеприпаса радиусы поражения ударной волной растут пропорционально корню кубическому из мощности взрыва.
Гарантированная защита людей от ударной волны обеспечивается при укрытии их в убежищах. В случае отсутствия убежищ используются естественные укрытия и рельеф местности.
При подземном взрыве возникает ударная волна в грунте, а при подводном – в воде. Ударная волна, распространяясь в грунте, вызывает повреждения подземных сооружений, канализации, водопровода; при распространении ее в воде наблюдается повреждение подводной части кораблей, находящихся даже на значительном расстоянии от места взрыва.
Применительно к гражданским и промышленным зданиям степени разрушения характеризуются слабым, средним, сильным и полным разрушениями.
Слабое разрушение сопровождается разрушением оконных и дверных заполнений и легких перегородок, частично разрушается кровля, возможны трещины в стенах верхних этажей. Подвалы и нижние этажи сохраняются полностью.
Среднее разрушение проявляется в разрушении крыш, внутренних перегородок, окон, обрушением чердачных перекрытий, трещинами в стенах. Восстановление зданий возможно при проведении капитальных ремонтных работ.
Сильное разрушение характеризуется разрушением несущих конструкций и перекрытий верхних этажей, появлением трещин в стенах. Использование зданий становится невозможным. Ремонт и восстановление зданий становится нецелесообразным.
При полном разрушении обрушаются все основные элементы здания, включая и несущие конструкции. Использовать такие здания невозможно, и, чтобы они не представляли опасность, их полностью обрушивают.
Световое излучение. Световое излучение ядерного взрыва представляет собой поток лучистой энергии, включающей ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучение. Источником светового излучения является светящаяся область, состоящая из раскаленных продуктов взрыва и раскаленного воздуха. Яркость светового излучения в первую секунду в несколько раз превосходит яркость Солнца. Максимальная температура светящейся области находится в пределах 8000-10000 С0.
Поражающее действие светового излучения характеризуется световым импульсом. Световым импульсом называется отношение количества световой энергии к площади освещенной поверхности, расположенной перпендикулярно распространению световых лучей. Единицей светового импульса является джоуль на квадратный метр (Дж/м2) или калория на квадратный сантиметр (кал/см2).
Поглощенная энергия светового излучения переходит в тепловую, что приводит к разогреву поверхностного слоя материала. Нагрев может быть настолько сильным, что возможно обугливание или воспламенение горючего материала и растрескивание или оплавление негорючего, что может привести к огромным пожарам. При этом действие светового излучения ядерного взрыва эквивалентно массированному применению зажигательного оружия.
Кожный покров человека также поглощает энергию светового излучения, за счет чего может нагреваться до высокой температуры и получать ожоги. В первую очередь ожоги возникают на открытых участках тела, обращенных в сторону взрыва. Если смотреть в сторону взрыва незащищенными глазами, то возможно поражение глаз, приводящее к полной потере зрения.
Ожоги, вызываемые световым излучением, не отличаются от ожогов, вызываемых огнем или кипятком. Они тем сильнее, чем меньше расстояние до взрыва и чем больше мощность боеприпаса. При воздушном взрыве поражающее действие светового излучения больше, чем при наземном той же мощности. В зависимости от воспринятой величины светового импульса ожоги делятся на три степени.
Ожоги первой степени возникают при световом импульсе 2-4 кал/см2 и проявляются в поверхностном поражении кожи: покраснении, припухлости, болезненности. При ожогах второй степени при световом импульсе 4-10 кал/см2 на коже появляются пузыри. При ожогах третьей степени при световом импульсе 10-15 кал/см2 наблюдается омертвление кожи и образование язв.
При воздушном взрыве боеприпаса мощностью 20 кт и прозрачности атмосферы порядка 25 км ожоги первой степени будут наблюдаться в радиусе 4,2 км от центра взрыва; при взрыве заряда мощностью 1 Мт это расстояние увеличится до 22,4 км. Ожоги второй степени проявляются на расстояниях 2,9 и 14,4 км и ожоги третьей степени - на расстояниях 2,4 и 12,8 км соответственно для боеприпасов мощностью 20 кт и 1 Мт
Защитой от светового излучения могут служить различные предметы, создающие тень, но лучшие результаты достигаются при использовании убежищ и укрытий.
Проникающая радиация. Проникающая радиация представляет собой поток гамма квантов и нейтронов, испускаемых из зоны ядерного взрыва. Гамма кванты и нейтроны распространяются во все стороны от центра взрыва.
С увеличением расстояния от взрыва количество гамма квантов и нейтронов, проходящее через единицу поверхности, уменьшается. При подземном и подводном ядерных взрывов действие проникающей радиации распространяется на расстояния, значительно меньшие, чем при наземных и воздушных взрывах, что объясняется поглощением потока нейтронов и гамма квантов землей и водой.
Зоны поражения проникающей радиацией при взрывах ядерных боеприпасов средней и большой мощности несколько меньше зон поражения ударной волной и световым излучением.
Для боеприпасов с небольшим тротиловым эквивалентом (1000 тонн и менее), наоборот, зоны поражающего действия проникающей радиацией превосходят зоны поражения ударной волной и световым излучением.
Поражающее действие проникающей радиации определяется способностью гамма квантов и нейтронов ионизировать атомы среды, в которой они распространяются. Проходя через живую ткань, гамма кванты и нейтроны ионизируют атомы и молекулы, входящие в состав клеток, которые приводят к нарушению жизненных функций отдельных органов и систем. Под влиянием ионизации в организме возникают биологические процессы отмирания и разложения клеток. В результате этого у пораженных людей развивается специфическое заболевание, называемое лучевой болезнью (более подробно см. учебно-методическое пособие «Радиационная безопасность: природа и источники ионизирующей радиации»).
Для оценки ионизации атомов среды, а, следовательно, и поражающего действия проникающей радиации на живой организм введено понятие дозы облучения (или дозы радиации), единицей измерения которой является рентген (Р). Дозе радиации 1Р соответствует образование в одном кубическом сантиметре воздуха приблизительно 2 миллиардов пар ионов.
Защитой от проникающей радиации служат различные материалы, ослабляющие поток гамма- и нейтронного излучений. Степень ослабления проникающей радиации зависит от свойств материалов и толщины защитного слоя. Ослабление интенсивности гамма- и нейтронного излучений характеризуется слоем половинного ослабления, который зависит от плотности материалов. Слой половинного ослабления – это слой вещества, при прохождении которого интенсивность гамма-лучей или нейтронов уменьшается в два раза.
Радиоактивное заражение. Радиоактивное заражение людей, боевой техники, местности и различных объектов при ядерном взрыве обусловливается осколками деления вещества заряда (Pu-239, U-235, U-238) и не прореагировавшей частью заряда, выпадающими из облака взрыва, а также наведенной радиоактивностью. С течением времени активность осколков деления быстро уменьшается, особенно в первые часы после взрыва. Так, например, общая активность осколков деления при взрыве ядерного боеприпаса мощностью 20 кт через один день будет в несколько тысяч раз меньше, чем через одну минуту после взрыва.
При взрыве ядерного боеприпаса часть вещества заряда не подвергается делению, а выпадает в обычном своем виде; распад ее сопровождается образованием альфа-частиц. Наведенная радиоактивность обусловлена радиоактивными изотопами (радионуклидами), образующимися в грунте в результате облучения его нейтронами, испускаемыми в момент взрыва ядрами атомов химических элементов, входящих в состав грунта. Образовавшиеся изотопы, как правило, бета-активны, распад многих из них сопровождается гамма-излучением. Периоды полураспада большинства из образующихся радиоактивных изотопов, сравнительно невелики - от одной минуты до часа. В связи с этим наведенная активность может представлять опасность лишь в первые часы после взрыва и только в районе, близком к эпицентру.
Основная часть долгоживущих изотопов сосредоточена в радиоактивном облаке, которое образуется после взрыва. Высота поднятия облака для боеприпаса мощностью 10 кт равна 6 км, для боеприпаса мощностью 10 Мт она составляет 25 км. По мере продвижения облака из него выпадают сначала наиболее крупные частицы, а затем все более и более мелкие, образуя по пути движения зону радиоактивного заражения, так называемый след облака. Размеры следа зависят главным образом от мощности ядерного боеприпаса, а также от скорости ветра и могут достигать в длину несколько сотен и в ширину несколько десятков километров.
Степень радиоактивного заражения местности характеризуется уровнем радиации на определенное время после взрыва. Уровнем радиации называют мощность экспозиционной дозы (Р/ч) на высоте 0,7-1 м над зараженной поверхностью.
Возникающие зоны радиоактивного заражения по степени опасности принято делить на следующие четыре зоны.
Зона Г - чрезвычайно опасного заражения. Ее площадь составляет 2-3% площади следа облака взрыва. Уровень радиации составляет 800 Р/ч.
Зона В - опасного заражения. Она занимает примерно 8-10% площади следа облака взрыва; уровень радиации 240 Р/ч.
Зона Б - сильного заражения, на долю которой приходится примерно 10 % площади радиоактивного следа, уровень радиации 80 Р/ч.
Зона А - умеренного заражения площадью 70-80 % от площади всего следа взрыва. Уровень радиации на внешней границе зоны через 1 час после взрыва составляет 8 Р/ч.
Поражения в результате внутреннего облучения появляются вследствие попадания радиоактивных веществ внутрь организма через органы дыхания и желудочно-кишечный тракт. В этом случае радиоактивные излучения вступают в непосредственный контакт с внутренними органами и могут вызвать сильную лучевую болезнь; характер заболевания будет зависеть от количества радиоактивных веществ, попавших в организм.
На вооружение, боевую технику и инженерные сооружения радиоактивные вещества не оказывают вредного воздействия.
Электромагнитный импульс. Ядерные взрывы в атмосфере и в более высоких слоях приводят к возникновению мощных электромагнитных полей. Эти поля ввиду их кратковременного существования принято называть электромагнитным импульсом (ЭМИ).
Поражающее действие ЭМИ обусловлено возникновением напряжений и токов в проводниках различной протяженности, расположенных в воздухе, технике, на земле или на других объектах. Действие ЭМИ проявляется, прежде всего, по отношению к радиоэлектронной аппаратуре, где под действием ЭМИ наводятся электрические токи и напряжения, которые могут вызвать пробой электроизоляции, повреждение трансформаторов, сгорание разрядников, порчу полупроводниковых приборов и других элементов радиотехнических устройств. Наиболее подвержены воздействию ЭМИ линии связи, сигнализации и управления. Сильные электромагнитные поля могут повредить электрические цепи и нарушить работу неэкранированного электротехнического оборудования.
Высотный взрыв способен создать помехи в работе средств связи на очень больших площадях. Защита от ЭМИ достигается экранированием линий энергоснабжения и аппаратуры.
Очаг ядерного поражения. Очагом ядерного поражения называется территория, на которой под воздействием поражающих факторов ядерного взрыва возникают разрушения зданий и сооружений, пожары, радиоактивное заражение местности и поражения населения. Одновременное воздействие ударной волны, светового излучения и проникающей радиации в значительной мере обусловливает комбинированный характер поражающего действия взрыва ядерного боеприпаса на людей, военную технику и сооружения. При комбинированном поражении людей травмы и контузии от воздействия ударной волны могут сочетаться с ожогами от светового излучения с одновременным возгоранием от светового излучения. Радиоэлектронная аппаратура и приборы, кроме того, могут потерять работоспособность в результате воздействия электромагнитного импульса (ЭМИ).
Размеры очага тем больше, чем мощнее ядерный взрыв. Характер разрушений в очаге зависит также от прочности конструкций зданий и сооружений, их этажности и плотности застройки.
За внешнюю границу очага ядерного поражения принимают условную линию на местности, проведенную на таком расстоянии от эпицентра взрыва, где величина избыточного давления ударной волны равна 10 кПа.
3.3. Радиоактивные осадки
При делении тяжёлых ядер урана и плутония образуются сотни различных радионуклидов с разными периодами полураспада. Распределение дочерних продуктов по массовым числам имеет два максимума, находящихся в интервалах 85-105 и 130-150. С высоким выходом образуются радионуклиды цезия-137 и стронция-90. Они имеют относительно большие периоды полураспада (около 30-ти лет) и поэтому представляют особую опасность для здоровья человека. В первые недели после взрыва особое значение имеет йод-131 (период полураспада 8 дней), способный накапливаться в щитовидной железе и тем самым создавать высокие локальные дозы облучения.
Образующиеся при ядерном или термоядерном взрыве нейтроны взаимодействуют с ядрами атомов, входящих в состав атмосферы, почвы, конструкционных материалов. Так, их взаимодействие с ядрами атмосферного азота приводит к образованию радиоактивного углерода 14C.
Источниками радиоактивных веществ могут являться продукты деления ядерного горючего, не вступившая в реакцию часть ядерного заряда и радиоактивные изотопы, образовавшиеся в грунте и других материалах под воздействием нейтронов (наведённая активность).
Наземный или низкий взрыв втягивает в огненное облако, содержащее радиоактивные продукты деления ядер урана и плутония, множество пылинок почвы. Пылинки оплавляются с поверхности и при этом поглощают (растворяют) радиоактивные вещества. Когда атомное облако движется в ту или иную сторону под действием господствующих верховых (стратосферных) ветров пылинки постепенно выпадают на землю – сначала более крупные, потом всё более и более мелкие. Образуется длинная радиоактивная полоса – “след” – результат выпадения из поднятого в воздух облака значительного количества радиоактивных веществ. Форма следа может быть самой разнообразной, в зависимости от окружающих условий.
Местные (локальные) радиоактивные осадки – это осадки, которые выпадают в течение первых нескольких часов, но не более чем через сутки после взрыва. Они образуют на местности радиоактивный след облака взрыва с достаточно высокими уровнями загрязнения. Такие локальные следы могут образовываться в основном после наземных взрывов в зоне, непосредственно примыкающей к воронке взрыва.
Глобальные радиоактивные осадки – это те продукты ядерных взрывов, которые достаточно долго находились в стратосфере, т.е. выше тропопаузы. Затем, спустя примерно 4-6 месяцев после ядерного взрыва, они начинают выпадать на поверхность Земли в виде очень мелких частиц, распространяясь практически по всему земному шару. Выпадению глобальных радиоактивных частиц способствуют обычные атмосферные осадки – дождь, снег, туман.
Кроме того, после воздушных ядерных взрывов среднего и крупного калибров возможно формирование радиоактивного загрязнения в промежуточной зоне за счёт тропосферных выпадений, особенно когда приземное пылевое образование втягивается в облако взрыва. Это – полуглобальные радиоактивные осадки, выпадение которых начинается спустя примерно 10-20 часов после взрыва на расстояниях около 500–1000 км от места взрыва и может продолжаться в течение 2–4 недель. Радиоактивные частицы, составляющие эти выпадения, легко переносятся ветрами.
Масштабы и степень радиационного загрязнения окружающей среды в результате применения ядерного оружия зависят от вида и мощности взрыва.
Воздушный ядерный взрыв – это взрыв, произведенный на высоте до 10 км, когда светящаяся область не касается земли (воды). Сильное радиоактивное заражение местности образуется в основном вблизи эпицентров низких воздушных взрывов. Их характерной особенностью является то, что, несмотря на соединение пылевого столба с облаком взрыва, поднятые с поверхности земли частицы грунта не вступают во взаимодействие с радиоактивными продуктами – осколками деления ядерного топлива. В связи с этим формирование источника радиоактивного загрязнения происходит за счёт конденсации паров только конструкционных материалов бомбы. Радиоактивные продукты локализуются в каплях образовавшейся жидкости. Размер образовавшихся таким образом радиоактивных частиц – порядка 10 мкм. Эти частицы распространяются и выпадают на землю на расстояниях до нескольких сотен и даже тысяч километров от места проведения взрыва. Помимо этого, подвергшиеся воздействию нейтронного излучения частицы поверхностного слоя грунта вовлекаются в возмущённую область атмосферы и в последующем выпадают из пылевого столба на ближних расстояниях от эпицентра взрыва.
При высоких воздушных взрывах минеральные (почвенные) частицы практически не вовлекаются в облако взрыва. Радиоактивное загрязнение местности происходит в зоне распространения нейтронов проникающей радиации в районе эпицентра, а образующиеся в основном из конструкционных материалов ядерного боеприпаса радиоактивные частицы становятся одной из составляющих глобальных выпадений радионуклидов.
При высотном ядерном взрыве (высота взрыва более 10 км) радиоактивные продукты достигают поверхности земли спустя много времени после его проведения и только в виде глобальных выпадений.
При подводном взрыве мгновенные гамма-кванты и нейтроны поглощаются водой, а радиоактивные продукты распределяются между воздушной средой и морской водой. Возникает полый водяной столб с облаком вверху. После обрушения водяного столба у его основания образуется базисная волна, которая представляет собой приводное облако, состоящее из мелких радиоактивных капель воды и тумана. Через некоторое время это облако отрывается от поверхности воды, передвигается по ветру, и из него выпадает радиоактивный дождь, образуя локальный след. Протяжённость следа и плотность радиоактивного загрязнения местности при выпадении осадков на твёрдую поверхность после подводного взрыва существенно меньше, чем после наземного.
Надводный ядерный взрыв – это взрыв, произведённый на поверхности воды, при котором образующаяся в процессе взрыва светящаяся область касается поверхности воды. Облако надводного взрыва по высоте подъёма и своему виду аналогично облаку наземного взрыва, но размеры локального следа и плотность загрязнения хотя и значительны, но меньше, чем после наземного, однако больше, чем после подводного взрыва ядерного заряда примерно такой же мощности.
3.4. Специфика воздействия на человека продуктов ядерного взрыва (ПЯВ) и отдельных изотопов
Продукты ядерного взрыва, поступив во внешнюю среду, становятся источником внешнего гамма- и бета-облучения. Помимо этого, в условиях формирования радиоактивного следа и нахождения людей и животных на загрязнённой радионуклидами местности, возможно их поступление в организм. Радионуклиды могут поступать человеку ингаляционно в момент выпадения из облака взрыва и вторичного пылеобразования и перорально с загрязнёнными продуктами питания и водой. Поэтому в зонах радиоактивного загрязнения облучение населения носит комбинированный характер – сочетание внешнего и внутреннего облучения, что приводит к сложному развитию патологических процессов.
В процессе распада радионуклидов их радиоизотопный состав изменяется. В начальном периоде загрязнения дозы внешнего облучения формируются за счёт короткоживущих радиоизотопов йода, циркония, рутения, лантана. Затем в связи с естественным процессом распада радиоактивность уменьшается. При этом возрастает относительное содержание долгоживущих радионуклидов – цезия, стронция, церия и др.
В зависимости от количества продуктов ядерного взрыва (ПЯВ), поступившего в организм, радиационное поражение может проявляться в форме острой, подострой и хронической болезни.
В генезисе острого поражения, клинике болезни, процессах выздоровления, формировании отдалённой патологии большое значение при поступлении молодых ПЯВ имеет радиационное поражение щитовидной железы радиоизотопами йода, которые составляют значительную часть их активности. Опухоли в случае поступления молодых ПЯВ в основном возникают в эндокринных железах и органах, имеющих тесную функциональную связь с эндокринной системой (молочные железы, гонады). В их генезисе определяющее значение имеет нарушение эндокринного статуса организма, начальным звеном которого является радиационное поражение щитовидной железы. При поступлении в организм ПЯВ большого возраста спектр опухолей иной – саркомы, лейкозы.
Рассмотрим специфику действия на организм некоторых наиболее распространенных радионуклидов.
Йод. Среди известных 26-ти изотопов йода стабильным является только природный йод-127. Стабильный йод-127 относится к числу наиболее важных биоэлементов. Он входит в состав синтезируемых щитовидной железой гормонов. Остальные изотопы йода, с массовыми числами 115-126 и 128-141 радиоактивны. Периоды полураспада большинства из них колеблются от нескольких минут до нескольких недель. Йоды – (131-135) составляют значительную часть активности молодых продуктов ядерного деления. Эти изотопы при испытаниях ядерного оружия выпадают в основном в ближних зонах. В глобальных выпадениях йод практически отсутствует, т.к. распадается до выпадения на земную поверхность.
В организм человеку радиойод может поступать через органы дыхания, с пищей и водой, через кожные покровы, раны и ожоговые поверхности. Основное значение имеют два первых пути. Главным источником поступления радиойода населению в зонах радионуклидного загрязнения были местные продукты питания растительного и животного происхождения. В первую очередь это молоко, свежие молочные продукты и листовые овощи, имеющие поверхностное загрязнение.
Опасность для здоровья усугубляется в районах, характеризующихся нехваткой природного йода.
Цезий. Из 23-х изотопов цезия 22 – радиоактивные с массовыми числами 123-132 и 134-144. Наибольшее значение из радиоизотопов цезия имеет 137Cs. Его период полураспада – 30 лет. Радиоактивные выпадения радиоизотопов цезия на сушу при испытаниях ядерного оружия и выбросы ядерных предприятий к настоящему времени явились наиболее значимым источником загрязнения внешней среды и радиационного воздействия на человека.
Носителями активности при ядерных взрывах являются аэрозоли, образующиеся в результате конденсации радиоактивных и нерадиоактивных продуктов взрыва. Атмосфера представляет собой первичный резервуар, откуда радионуклиды поступают на земную поверхность. Процесс выпадения ускоряют атмосферные осадки и агрегация частиц с образованием более крупных. Период полуочищения стратосферы примерно равен одному году.
В организм человека нуклид может поступать в основном через органы дыхания в период радиоактивных выпадений и перорально с загрязнёнными продуктами питания и водой. Начальным звеном большинства пищевых цепочек являются растения. Радионуклиды могут попасть на растения (листья, стебли, плоды) непосредственно в момент радиоактивных выпадений, через корневую систему из почвы и с загрязнённой водой.
Поступая в организм, радиоцезий распределяется практически равномерно, что приводит к приблизительно равномерному облучению органов и тканей.
Стронций. Из радиоактивных изотопов стронция наибольший интерес представляют 89Sr (T1/2 = 50,5 сут.) и 90Sr (T1/2 = 29,1 года).
Основным источником загрязнения внешней среды радиоактивным стронцием были испытания ядерного оружия и аварии на предприятиях ядерного топливного цикла. Атмосфера – первичный резервуар 89Sr и 90Sr, откуда радионуклиды поступают на сушу и в гидросферу. Осаждение определяется гравитацией, адсорбцией на нейтральной пыли, постоянно присутствующей в атмосфере, и атмосферными осадками (дождь, снег). Время пребывания радиоактивных аэрозолей в атмосфере составляет 30-40 суток, в стратосфере – несколько лет.
Населению нуклид в основном поступает с загрязнёнными продуктами. Ингаляционный путь имеет меньшее значение. Почва => растения – начальное звено большинства цепочек переноса радиостронция из внешней среды человеку. В растения радионуклиды могут поступать в результате непосредственного загрязнения наземных их частей в момент выпадения, пылеобразования и поглощения из почвы через корневую систему.
3.5. Загрязнение окружающей среды в результате ядерных испытаний
Находящиеся в окружающей среде радионуклиды подразделяются на природные и искусственные. Природные частично образовались одновременно с веществом Земли, частично – постоянно образуются в ядерных реакциях под действием космического излучения. В настоящее время именно они составляют основу дозовой нагрузки на человека.
Искусственные радионуклиды поступали в окружающую среду в результате испытаний ядерного оружия, ядерных взрывов, проводившихся в мирных целях, а также деятельности предприятий ядерного топливного цикла. В течение ряда лет многие страны, в том числе и СССР, сбрасывали в моря и реки жидкие радиоактивные отходы и затапливали отработавшие ядерные установки. Свой вклад внесли и аварийные ситуации на предприятиях ядерно-топливного цикла, из которых наиболее глобальные последствия имела катастрофа на Чернобыльской АЭС 26 апреля 1986 г.
Основным источником искусственной радиоактивности в окружающей среде стали испытания ядерного оружия в атмосфере. Общая мощность ядерных взрывов, произведённых в ходе атмосферных испытаний, составила 545 мегатонн (Мт). По оценкам, до 90% от общего числа искусственных радионуклидов поступило в окружающую среду в результате атмосферных ядерных взрывов. Выпадения радионуклидов происходили неоднородно по поверхности планеты. Так, около 76% глобальных выпадений стронция-90 пришлось на северное полушарие, где было проведено 90 % от общего числа испытаний. Максимум глобальных выпадений пришёлся на 400-500 северной широты.
Испытания ядерного оружия достигли наибольшей интенсивности в начале 1960-х годов. В 1961-1962 гг. на Новой Земле было проведено 56 атмосферных взрывов суммарной мощностью около 300 Мт тротила, в том числе термоядерный взрыв мощностью более 50 Мт. Загрязнение окружающей среды стало принимать угрожающие масштабы, и в 1963 г. СССР, США и Великобритания подписали в Москве договор о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, в космосе и под водой.
После подписания Московского договора СССР, США и Великобритания проводили исключительно подземные ядерные взрывы, тогда как Китай и Франция, не присоединившись к соглашению, впоследствии провели ряд атмосферных испытаний.
С 1963 г. наблюдается постепенный спад интенсивности глобальных выпадений радионуклидов.
В «Ядерный клуб» (неофициальное название группы стран, обладающих ядерным оружием) входят США (c 1945г.), Россия (изначально Советский Союз, с 1949г.), Великобритания (с 1952г.), Франция (с 1960г.), Китай (с 1964г.), Индия (с 1974г.), Пакистан (с 1998г.) и КНДР (с 2006г.).
Литература
1. Бекман И. Н. Аварии на предприятиях ядерного топливного цикла. – М., 2005. – 315 с.
2. Российская и мировая атомная энергетика: Учеб. Пособие для студентов вузов / Кузнецов В.М., Чеченов Х.Д. – М.: Издательство Московского гуманитарного университета, 2008. – 764 с.
3. Безопасность жизнедеятельности. Учебник / Под ред. С.В. Белова– М.: Высшая школа. 2004. – 447 с.
4. Зимон А.Д. Радиоактивные загрязнения. Дезактивация – М.: Военные знания, 2001. – 56 с.
5. Крючек Н.А., Латчук В.Н., Миронов С.К. Безопасность и защита населения в чрезвычайных ситуациях: учебник для населения.- М.: НЦ ЭПАС, 2006. – 264 с.
6. Самойлов О. Б., Усынин Г. Б., Бахметьев А. М. Безопасность ядерных энергетических установок. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 380 с.
7. Чернобыльская катастрофа (1986 г.) // Катастрофы конца XX века / Под ред. В. А. Владимирова – М.:УРСС, 1998. – 400 с.
8. http://ru.wikipedia.org/wiki/Авария_на_АЭС_Фукусима-1
PAGE \* MERGEFORMAT 4