Принцип действия

Схема работы атомной электростанции на двухконтурном водо-водяном - энергетическом реакторе (ВВЭР)

На рисунке показана схема работы атомной электростанции с двух­контурным водо-водяным энергетическим реактором. Энергия, выделяемая в активной зоне реактора, передаётся теплоносителю первого контура. Далее теплоноситель подаётся насосами в теплообменник (парогенератор), где нагревает до кипения воду второго контура. Полученный при этом пар поступает в турбины, вращающие электрогенераторы. На выходе из турбин пар поступает в конденсатор, где охлаждается большим количеством воды, поступающей из водохранилища.

Компенсатор давления представляет собой довольно сложную и громоздкую конструкцию, которая служит для выравнивания колебаний давления в контуре во время работы реактора, возникающих за счёт теп­лового расширения теплоносителя. Давление в 1-м контуре может дохо­дить до 160 атмосфер (ВВЭР-1000). Помимо воды, в различных реакторах в качестве теплоносителя может применяться также расплавленный на­трий или газ. Использование натрия позволяет упростить конструкцию оболочки активной зоны реактора (в отличие от водяного контура, давле­ние в натриевом контуре не превышает атмосферное), избавиться от ком­пенсатора давления, но создаёт свои трудности, связанные с повышенной химической активностью этого металла.

Общее количество контуров может меняться для различных реакто­ров, схема на рисунке приведена для реакторов типа ВВЭР (водо-водяной энергетический реактор). Реакторы типа РБМК (реактор большой мощно­сти канального типа) использует один водяной контур, а реакторы БН (ре­актор на быстрых нейтронах) - два натриевых и один водяной контуры.

В случае невозможности использования большого количества воды для конденсации пара, вместо использования водохранилища, вода может охлаждаться в специальных охладительных башнях (градирнях), которые благодаря своим размерам обычно являются самой заметной частью атом­ной электростанции. Несмотря на большие средства, вкладываемые в обеспечение безопасности АЭС, полностью исключить аварийные ситуа­ции невозможно. На сегодняшний день в мире зафиксировано около 300 серьёзных аварий, сопровождавшихся выбросом радиоактивных веществ.

Высокая потенциальная опасность АЭС в случае аварии связана, в основном, с выбросом в окружающую среду радиоактивных продуктов деления, накопленных в реакторе за время его работы. Ядерного взрыва как такового не произойдёт даже при неконтролируемом разгоне реактора, работающего на тепловых нейтронах, из-за низкой концентрации урана- 235 или плутония-239. Дело в том, что даже теоретически не может быть создана необходимая критическая масса данных радионуклидов для раз­вития цепной реакции деления тяжёлых элементов. Критическая масса для урана-235 составляет 30 кг, для плутония-239 - 6 кг.

При нормальной работе реакторов постоянно накапливаются твёр­дые, жидкие и газообразные радиоактивные отходы. Периоды полураспа­да радиоактивных веществ составляют от долей секунды до весьма больших величин, превышающих продолжительность жизни человека. В по­давляющем большинстве случаев появляются именно короткоживущие радионуклиды. Все продукты деления образуются внутри таблеток ядер­ного топлива - окиси урана и в основном остаются в них, только неболь­шая часть проникает в пространство между таблетками и оболочкой ТВЭЛ (тепловыделительных элементов). Однако через неповреждённую оболочку ТВЭЛ путём диффузии может проходить в охлаждающую воду около 1% трития, а в процессе эксплуатации под действием альфа-частиц ядерного топлива медленно развиваются процессы деструкции металла оболочек с появлением микротрещин, через которые проникают газооб­разные продукты деления ядер урана.

Значительный выход радионуклидов за пределы защитных барьеров может произойти при сильном перегреве ядерного топлива или частичном его оплавлении. Это имеет место при снижении скорости теплосъёма ни­же допустимого значения, либо в результате возрастания энерговыделе­ния. Наихудший вариант - разрыв 1-го контура с потерей теплоносителя. Высокая энергонапряжённость ядерного топлива в реакторах сопровожда­ется высокими температурами: до 2000°С внутри сердечников ТВЭЛ и 550°С на их поверхности, которой достаточно для плавления и возгонки многих продуктов деления урана. Вслучае обезвоживания активная зона оплавляется под действием остаточного тепловыделения. Первичный теплоноситель, соприкасаясь с перегретым топливом, переходит в пар и вместе с газообразными продуктами деления урана вызывает повышение дав­ления под защитным колпаком АЭС. Если конструкции реактора будут частично разрушены, то в первую очередь выйдут во внешнюю среду газообразные продукты и летучие продукты деления: криптон-85 и ксенон- 133. Среди твёрдых компонентов будут иметь место радиоактивный йод- 131, цезий-137, рутений, теллур, стронций, барий, кальций.

Все радионуклиды по распределению в организме делятся на остеотропные (фосфор-32, кальций-45, стронций- 90 и т.д.), преимущественно накапливающиеся в органах с ретикулоэндотелиальной тканью, с избира­тельным накоплением в органах (йод-131 - в щитовидной железе, железо- 59 - в эритроцитах, цинк-65 - в поджелудочной железе, молибден-99 - в радужной оболочке глаза) и равномерно распределяющиеся по всем тканям организма (цезий-137, калий-40 и др.).

В первую неделю аварии среди аварийного выброса наибольшее значение представляют изотопы радиоактивного йода (йод-131, 132, 133). Они являются бета- и гамма-излучателями и составляют до 22,9% общей активности продуктов реактора. Газообразные продукты радиоактивного йода не улавливаются волокнистыми фильтрующими материалами (рес­пиратор “Лепесток”). Плохо улавливается также и органический радиоак­тивный йод. Физический период полураспада йода-131 соответствует 8,1 суток. При ингаляции 50% радиоактивного йода откладывается в верхних дыхательных путях, до 15% - в бронхах, 35% - в лёгких. Вместе со слизи­стыми выделениями, мокротой радионуклиды выводятся из трахеоброн­хиального дерева, заглатываются и поступают в ЖКТ, где они полностью всасываются. Иод-131 также хорошо проникает, особенно в газообразной форме, через неповреждённую кожу. Через сутки до 30-60% поступивше­го в организм йода фиксируется в щитовидной железе. С учётом срока фи­зического полураспада йода-131 и биологического периода полувыведения из организма, скорость снижения его активности (эффективный пери­од полувыведения) в среднем составляет 7,6 суток. В организме постоянно находится около 25 мг стабильного йода, 15 мг из этого количества — в щитовидной железе. Суточная потребность человека в йоде 100-200 мкг. Блокада щитовидной железы путём приёма знутрь 1 таблетки (125 мкг) йодида калия на 99,5 % препятствует поступлению в организм радиоак­тивного йода.

Радиоактивные газы при ингаляции человеком длительно не фикси­руются в тканях и быстро, за 30 секунд выводятся через органы дыхания. Благородные газы лучше растворяются в липидах и могут накапливаться в организме в течение 4-5 часов при постоянной ингаляции. По этой же при-

чине время их выведения из жировой ткани затягивается на несколько ча­сов (для криптона - до 3 часов, ксенона - до 6 часов). Они опасны для че­ловека, если в условиях аварии он находится непосредственно в загряз­нённой радионуклидами атмосфере в замкнутом пространстве или в пото­ке движения факела радиоактивного выброса.

Спустя неделю после аварии: вторым по уровню выброса и первым по опасности за радиоактивным йодом идёт цезий-134, 137 (также бета- и гамма-излучатель). Физический период полураспада радиоактивного це­зия-137 - 30 лет. Изотопы цезия при любом пути их поступления хорошо проникают в организм. Из ЖКТ он всасывается полностью. Цезий быстро покидает кровеносное русло. Выводится из организма в основном с мо­чой, калом, фиксируется в мышечной ткани и накапливается в печени. В костях содержится до 7% поступившего в организм цезия-137. Эффектив­ный период его полураспада с учётом метаболизма в мышцах - 110 суток.

Третьим по опасности отдалённых последствий действия радионук­лидов является стронций-90 (бета-излучатель). Физический период его полураспада 29,1 года. Стронций является аналогом кальция и преимуще­ственно фиксируется в костной ткани. Биологический период полувыведения 35 лет.

Факел радиоактивного выброса при аварии реактора, распространя­ясь, захватывает приземный слой воздуха. Поэтому возможно облучение в большой дозе людей, оказавшихся на пути движения факела. В нём много радиоактивных газов и мелкодисперсной аэрозоли твёрдых радионукли­дов. До 90% радионуклидов из факела выброса долгоживущие, в боль­шинстве случаев растворимые в воде. Мелкие частицы радионуклидов по­сле ингаляции, если они не растворимы в воде, фагоцитируются, в случае хорошей растворимости - поступают в кровь. 50% осевших в лёгких ра­дионуклидов выводятся из бронхов реснитчатым эпителием, заглатывают­ся и поступают в ЖКТ. Мелкодисперсные радионуклиды факела аварий­ного выброса могут проникать через респираторы и противогазы, прочно связываться с кожей, одеждой и их практически невозможно очистить с моторов автотранспорта, авиадвигателей.

Аварийный выброс может продолжаться достаточно долго. Наи­большая часть радионуклидов выбрасывается в первые часы аварии. По­вторные пики выбросов, как правило, менее значительны. Спад радиоак­тивности загрязнённых помещений и местности происходит значительно медленнее, чем при ядерном взрыве.

Радиоактивные газы и аэрозоли могут выбрасываться в атмосферу через вентиляционную трубу на высоту до 150 метров, а при термическом взрыве с разрушением активной зоны реактора - до 1-3 км.

Решающая роль в выпадении аэрозолей из тропосферы принадлежит осадкам. В результате процессов самоочищения атмосферы большая часть радионуклидов за 20-40 днейвыпадает на поверхность земли. Высокой ёмкостью поглощения катионов обладают глинистые почвы и чернозём, а наименьшая способность к поглощению - у песчаных почв. Трансурановые продуты деления прочно фиксируются в верхнем слое почвы, a затем постепенно в течение многих лет с дождевыми осадками проникают вглубь.

После аварийного выброса радионуклидов выделяется ряд времен ных периодов самоочищения местности от них вследствие их физического распада Йод-131 практически полностью распадается через 1,5-2 мес., активность церия-141, рутения-103, циркония-95, ниобия-95 резко снижает­ся в течение второго полугодия, в течение 1-3 лет идёт распад церия-144 рутения-106 и цезия-134. После трёх лет остаются практически только це­зий-137, стронций-90 и плутоний-239.

В результате загрязнения почвы радионуклидами отмечается их по­ступление в растительность. Стронций-90 и цезий-137 легко проникают во все части растения. Остальные в основном накапливаются в корневой сис­теме растения. При попадании радионуклидов на поверхность растения, они способны проникать в них. В лесной зоне наибольшей способностью задерживать радионуклиды обладают хвойные породы деревьев, на лугах - многолетние луговые травы. Однолетние культуры, лиственные породы накапливают меньше радионуклидов.

Поступившие в воду радионуклиды поглощаются гидробионтами и со временем откладываются на дне водоёмов. Скорость поглощения ра­дионуклидов планктоном в течение нескольких часов, а время инкорпора­ции радионуклидов рыбами - 10-120 дней. Рыба в пресной воде кумули­рует в 10 раз больше стронция-90, чем в морской.

Главными источниками поступления в организм населения радио­нуклидов цезия и стронция (внутренние облучатели) являются базисные продукты питания: молоко, мясо, картофель, зерновые культуры и т.д., произрастающие на радиоактивно заражённой местности. Радиоактивный йод-131 может поступать с молоком в период пастбищного содержания скота. Вода открытых водоёмов также может подвергаться загрязнению при поступлении фильтрационных вод с запачканных радионуклидами территорий.

При анализе пространственных и временных параметров и законо­мерностей развития радиационной аварии, выделены следующие зоны:

1. с нормальными санитарно-гигиеническими условиями.

2. с осложнённой санитарно-гигиенической обстановкой, где необ­ходимы санитарно-гигиенические мероприятия.

3. с невозможностью или затруднением нормальной жизнедеятель­ности населения.

4. с высокой вероятностью гибели людей и возникновения острых эффектов.

По степени радиационной опасности выделяют следующие зоны:

3. Зона М - радиационной опасности.

4. Зона А - умеренного загрязнения.

5. Зона Б - сильного загрязнения.

6. Зона В - опасного загрязнения.

7. Зона Г - чрезвычайно опасного загрязнения.

В зоне радиационной опасности (зона М) мощность дозы гамма- излучения составляет 0,14-1,4 мЗв/ч. Аварийные работы персонала ведут­ся в респираторах при дозиметрическом контроле, с йодной профилакти­кой, сан. обработкой и дезактивацией обмундирования и техники. При пребывании в течение года на данной местности поглощённая доза со­ставляет 5-50 сГр.

В зоне умеренного загрязнения (зона А) годовая поглощённая доза составит 50-500 сГр при исходной мощности на местности 1,4-14 мЗв/ч. На открытой местности персонал может получить дозы, выводящие его из строя. За 1 сутки облучение может составить 3-30 сГр, за месяц в среднем 50 сГр. Предельно допустимая для профессионалов при работе в аварий­ных ситуациях доза составляет 20 сГр и не более 2 сГр в сутки.

В зоне сильного загрязнения (зона Б) мощность дозы на местности равна 14 мЗв/ч-42 мЗв/ч, поглощённая доза за год 5-15 Гр.

В зоне опасного загрязнения (зона В) годовая доза составит 15-50 Гр при мощности дозы на местности 42-140 мЗв/ч.

В зоне чрезвычайно опасного загрязнения (зона Г) годовая доза 50- 90 Гр при мощности дозы на местности более 140 мЗв/ч (исходная мощ­ность).

Чрезвычайная ситуация (ЧС) - это неожиданная, внезапно возни­кающая и быстро изменяющаяся обстановка при промышленных авариях и катастрофах, стихийных бедствиях, которая характеризуется неопреде­ленностью и сложностью принятия решений, острой конфликтностью и стрессовым состоянием населения, значительным экономическим ущер­бом, человеческими жертвами и, вследствие этого, необходимостью круп­ных людских, материальных и временных затрат на проведение эвакуаци­онно-спасательных работ и ликвидации последствий этих аварий, катаст­роф и стихийных бедствий.

Органы здравоохранения должны быть готовы к оказанию помо­щи пострадавшим как на месте происшествия, так и в больницах, куда по ­ падают жертвы ЧС.

Необходимо будет срочно решать массу проблем, таких как:

- наличие трупов, не захороненных погибших людей и животных,

что само по себе может привести к вспышке инфекционных бо­лезней;

- вопросы массовой вакцинации населения для контроля над эпидемиологической ситуацией;

- проблемы психических расстройств пострадавших;

проблемы дефицита пищевых продуктов и белковое голодание;

- лекарственные проблемы и вопросы медицинского оборудования;

- проблемы оказания первичнои медицинскои помощи пострадав­шим;

- проблемы профилактики и лечения болезней;

- временное отсутствие или нехватка жилищ;

- проблемы воды и водоснабжения;

- наличие источников инфекционных заболеваний;

- ухудшение состояния внешней среды;

- проблемы утилизации твёрдых и жидких отходов;

- нарушение личной и общественной гигиены;

- нарушение коммунальных связей и транспорта, возможное на­рушение информационной системы;

- возможности разрушения местной структуры здравоохранения;

- разрушение местной инфраструктуры (местного самоуправле­ния).

Уже в первые часы после ЧС следует обеспечить население опера­тивной информацией по вопросам:

- что нужно делать, чтобы быть в безопасности;

- таковы объективные сведения о размерах ЧС;

- где узнать о пропавших родных и близких;

- где находятся пункты получения пищи, воды, жилья;

- где можно получить медицинскую помощь.

Широкое распространение подобной информации является эффек­тивным средством против паники и страха, создаёт у пострадавших чувст­во уверенности в том, что ситуация находится под контролем.

Большое число пострадавших, поступающих в медицинский центр, требует разделения работы персонала по следующим направлениям: сор­тировка поступающих в зависимости от тяжести состояния и отбор лиц, требующих эвакуации в местную больницу. Медицинский персонал дол­жен учитывать следующие последствия ЧС: осложнения ран, переломы и ожоги, ухудшение санитарно-гигиенических условий и опасность распро­странения эпидемий, стрессовое состояние местных жителей.

Одна из важнейших задач - контроль за состоянием здоровья мест­ного населения - должна осуществляться тотально на всей территории ЧС, Контроль включает регулярную оценку заболеваемости, наблюдение

за условиями жизни людей в местах ЧС, проведение профилактических мероприятий.

Все аварии на радиационно опасных объектах классифицируются следующим образом:

- локальная авария - последствия ограничиваются одним зданием и возможностью облучения персонала;

- местная авария — последствия ограничиваются только территори­ей АЭС;

- общая авария - последствия распространяются за границу терри­тории АЭС и приводят к облучению населения.

Радиационное поражение персонала АЭС и населения при ава­рии на ядерном реакторе возможно из-за:

1. Внешнего бета- и гамма-воздействия благородными газами и аэ­розолями во время выброса радионуклидов.

2. Внешнего бета- и гамма-облучения при загрязнении радионукли­дами помещений и местности.

3. Внешнего бета- и гамма-облучения при наружном радиоактив­ном загрязнении кожи и слизистых продуктами деления.

4. Внутреннего облучения организма вследствие ингаляции радионуклидов.

5. Внутреннего облучения организма при поступлении радионукли­дов в желудочно-кишечный тракт с продуктами питания.

Дата добавления: 2014-01-20