Виробничі аварії та катастрофи

Небезпеки техногенного характеру є безпосереднім результатом діяльності людини і можуть виникати внаслідок аварій і катастроф, які відбуваються через недостатню надійність техніки, несподіваних наслідків життєдіяльності людей, а також внаслідок їх помилок, викликаних некомпетністю чи злим наміром.

Із великої кількості небезпек техногенного характеру найбільшу небезпеку становлять транспортні аварії та катастрофи, несподіване руйнування будинків; аварії на електроенергетичних, комунальних системах життєзабезпечення, очисних спорудах і гідродинамічні аварії.

Все ЦК було розглянуто при вивченні техногенних небезпек.

Уроки аварій на АЕС

Особливе місце займають аварії з викидом радіоактивних речовин. Радіоактивне забруднення місцевості викликає необхідність швидкої евакуації населення, промислових підприємств, проведення дорогих засобів дезактивації місцевості, може призвести до численних жертв і захворювань населення.

В теперішній час аварії на виробництвах з викидом РР можливі на атомних електростанціях (АЕС), підприємствах з виготовлення ядерного палива, на підприємтствах переробки та захоронення відпрацьованого ядерного палива і радіоактивних відходів (усі ці виробництва називаються підприємствами ядерного циклу - ПЯЦ), а також у науково-дослідних і проектних установах, які мають ядерні реактори, та на об'єктах транспорту, де використовуються ядерні енегетичні установки.

Найбільшу небезпеку для людини складають аварії на атомних електростанціях.Міжнародною комісією з атомної енергетики МАГАТЕ встановлено вісім рівнів небезпеки аварій на АЕС (аналогічно до сейсмічних показників оцінки землетрусу за Ріхтером). Відлік починається з нульового рівня, куди відносяться події, які не мають істотного значення для безпеки. Рівні з першого по третій - це події чи інциденти незначної, середньої і серйозної ваги. Незначні інциденти називають ще аномаліями. Події з четвертого по сьомий рівень - це вже аварії: в межах АЕС, з ризиком для навколишнього середовища, важкі і глобальні. Перші два рівні не завдають реальної загрози для людей і природи. Вони пов'язані лише зі зниженням готовності захисних систем енергоблоку. Події третього рівня - це часткова втрата одного з елементів глибокоешелонованого захисту чи переопромінення персоналу станції, чи незначний викид радіоактивності, який не перевищує встановлених обмежень, тобто йдеться про потенційну (а не реальну) небезпеку.

Рівні з четвертого по сьомий (аварії) пов'язані з радіоактивними викидами і вони можуть бути спричинені пошкодженням реактора. Наприклад, Чорнобильська катастрофа відноситься до сьомого рівня. Аварія в США на АЕС "Три Майлс Айленд" у 1979 році - до п'ятого. Треба підкреслити, що за цією шкалою події оцінюються лише з точки зору ядерної і радіаційної безпеки. А події, не пов'язані з безпекою, класифікують як ті, що поза шкалою.

Основні відмінності аварій на АЕС від ядерних вибухів. Аварїї на АЕС мають значні відмінності від ядерних вибухів.

Розмір та конфігурація зони зараження. Ядерний вибух триває порівняно короткий час. Радіоактивне зараження місцевості відбувається у порівняно вузькому напрямку, в залежності від діючого в момент вибуху вітру. Розмір зони зараження визначається потужністю вибуху та, в основному, швидкістю вітру. Розмір зони можна прогнозувати.

Аварія на АЕС характеризується більшою тривалістю викидів (залежно від часу ліквідації аварії). За цей час напрямок вітру може змінюватися. Тому розмір і конфігурацію зони практично неможливо ні прогнозувати, ні розраховувати (при аварії на ЧАЕС основні викиди тривали 10 днів, викиди меншої інтенсивності - ще 22 дні). Крім того, при аваріях на АЕС виникають дрібнодисперсні аерозолі розміром 0,5...З мкм, в той час, як при ядерному вибуху - великодисперсні розміром понад 60 мкм. Аерозолі аварій на АЕС здатні тривалий час знаходитись у зваженому стані та розповсюджуватися під впливом вітру на великі відстані. Аерозолі ядерного вибуху переміщаються з частками грунту і порівняно швидко (8...10 годин) осідають на землю. Ці фактори призводять до того, що зона радіоактивного зараження при аваріях на АЕС значно перевищує область зараження, що виникає під час ядерного вибуху.

При аварії на ЧАЕС виникла зона зараження площею понад 28 тис. км², на якій проживали понад 1 млн. осіб. Слід радіоактивної хмари спостерігався за декілька тисяч кілометрів (Китай, США). Спочатку розповсюдження РХ відбувалося в західному та північному напрямках, потім у північному, наступні декілька днів - у південному напрямку. Забруднені повітряні маси розповсюдились на значні відстані по території Білорусії, України та Росії, а також за межами СРСР. Через 15 днів рівень гамма-фону 5 мР/год був зафіксований на відстані 50...60 км на захід і 35...40 км на північ від АЕС. У Києві рівень радіації збільшився на декілька десятих мР/год.

Всього в тій чи іншій мірі забрудненими радіонуклідами виявилися 11 областей, в них проживає 17 млн. чоловік. Сліди радіоактивних речовин були виявлені у Швеції, Польщі, Англії та інших країнах.

Радіонуклідний вміст викидів. Атомні електростанції проектувалися та будувалися з високою надійністю. Вчені мали надію отримати джерело електроенергії, абсолютно безпечне в експлуатації. Теоретично ймовірність аварій становить 1,7х10^-7 (за розрахунками німецьких вчених), 1,7х10^-6 (за розрахунками шведських вчених).

При всій своїй потенційній небезпеці атомна енергетика екологічно чистіша, ніж теплова. Звичайні електростанції у 100 разів більше, ніж атомні, забруднюють навколишнє середовище викидами, у тому числі й радіоактивними (ізотопи урану, торію, калію), У вугіллі, наприклад, є ізотоп вуглецю, який при спалюванні викидається в атмосферу. У цілому радіоактивне забруднення від теплових електростанцій значно більше, ніж від атомних. При спалюванні вугілля, нафти, газу щорічно викидається в атмосферу 200...250 мли. тон попелу та близько 60 мли. тон сірчистого ангідриду. Щодо розрахунків вчених, то до 2100 року ці викиди можуть зрости до 1,5 млрд тон та 400 мли. тон відповідно. Сірчистий газ викликає ”кислотні дощі“, а висока концентрація вуглекислого газу і метану може викликати парниковий ефект та спричинити значне потепління клімату.

Атомні електростанції для людей, які живуть поблизу, становлять ризик - можна отримати дозу опромінення більше 60 мбер за рік. Це, безумовно, небезпечна величина опромінення. Таким чином, порівняно з традиційними технологіями виробництва електроенергії, атомна енергетика дає можливість отримати чистіше виробництво.У світі побудовано та функціонує 458 АЕС (1991 рік). Ядерна енергетика забезпечує виробництво 16% світового електропостачання (1987 рік). В деяких країнах частка електроенергії, яку виробляють АЕС, достатньо велика: Франція - 70%, Бельгія - 67%, Швеція - 50%, Канада - 14,7%, США - 16,6%, СРСР - 12% (всі дані 1987-1988 роки).

Практично за час експлуатації АЕС відбулися три значні аварії:

- 1961 рік - в Айдахо-Фолсі (в реакторі відбувся вибух), США;

- 1979 рік - на АЕС "Тримайл-Айленд" у Гарисберзі, США;

- 1986 рік - на Чорнобильській АЕС в Україні.

Отже, практично ймовірність аварій на АЕС становить один раз на 10 років. Усього ж за час існування атомної енергетики зареєстровано майже 800 різноманітних подій на АЕС різного ступеня з різноманітними наслідками, з викидом радіоактивних речовин - 296. Постраждало від аварій 136675 осіб (Чорнобиль - 135 тисячосіб), смертельна випадки від радіації 69 (за іншими даними лише у Чорнобилі загинуло понад 8 тисяч чоловік).

Ядерний вибух характеризується надвеликою швидкістю реакції та виникненням спалаху нейтронів величезної активності. Крім того, після вибуху виникають продукти поділу, серед яких більшість - короткоживучі. Пояснюється це тим, що РР під час ядерного вибуху викидаються у момент їх утворення.

Ядерні реакції на АЕС мають певні особливості. Ядерним паливом на АЕС є уран-238, малозбагачений ураном-235 (на 1 тонну двоокису урану-238 додається 20 кг ядерного палива урану-235). Всього в один реактор завантажується 180 тонн урану. У ядерних реакторах АЕС процес триває тривалий час (роки). На ЧАЕС до моменту аварії реактор експлуатувався майже три роки. Тому у відпрацьованому паливі є більше довгоживучих елементів: плутонію-239, стронцію-90, цезію тощо.

Всі радіонукліди, які при аваріях АЕС можуть забруднити навколишнє середовище, умовно розбиваються на три групи:

- шляхетні гази - ізотопи криптону і ксенону з періодом напіврозпаду від декількох годин до кількох діб;

- леткі речовини - ізотопи йоду, цезію і церію з періодом напіврозпаду (крім цезію) від декількох годин до декількох сотень діб;

- нелеткі довгоживучі речовини - ізотопи плутонію і стронцію з періодом напіврозпаду до сотень років.

При аварії на ЧАЕС у викидах із аварійного реактора було виділено 23 основні радіонукліди. Спочатку найбільшу небезпеку становив йод-131. Хоча його період напіврозпаду становить менше 8 діб, він дуже активно засвоюється живими організмами, потрапляючи всередину харчовим шляхом та накопичуючись там. З часом велику небезпеку почав становити цезій-134 (період напіврозпаду - 2 роки) та цезій-137 (30 років), стронцій-90 (28 років), плутоній-239 (20000 років). Небезпечний вміст цезію у м'ясі овець виявився навіть в Англії через 15 місяців після катастрофи у Чорнобилі.

Таким чином, радіонуклідовий вміст аварійних викидів реакторів АЕС характеризується відносно великою кількістю довгоживучих ізотопів.

Зміна активності радіоактивних речовин. Порівняємо активності РР, які виникають під час ядерного вибуху (1 Мт) та аварії ядерного реактора потужністю 1 ГВт.

У перший момент радіоактивність ядерного вибуху приблизно у 100 разів вища, ніж РР ядерного реактора. Через декілька днів вони вирівнюються, а потім протягом довгого часу (місяці та роки) радіоактивність РР аварійних викидів ядерних реакторів істотно перевищує радіоактивність продуктів розпаду ядерного вибуху. Так, через рік радіоактивність викидів АЕС приблизно у 10 разів, а через 5 років у 100 разів перевищує радіоактивність продуктів ядерного вибуху. Відповідно змінюється й рівень радіації зараженої місцевості. Загалом вигляді рівень радіації зменшується згідно з формулою

,

де Р - рівень радіації в момент t після вибуху; Р₀ - рівень радіації через будь-який час t після вибуху; n - показник степені, величина якого залежить від вмісту радіонуклідів. Величину n можна визначити експериментально, виконавши два вимірювання радіації Р₁ та Р₂ для часу t₁ та t₂:

.

Для ядерних вибухів n = 1,2, для аварії на ЧАЕС n = 0,1.

Для ядерного вибуху рівень радіації зараженої місцевості зменшується за принципом 7-10 (за 7 днів у 10 разів), а для аварій на АЕС - за принципом 7-2 (за 7 днів у 2 рази, точніше 2,2). Ця залежність справедлива для сукупності радіонуклідів.

Після розпаду основної їх маси спад активності радіації буде визначатися найживучішими ізотопами. Таким ізотопом для викидів АЕС є цезій-137 (30 років). Частка ізотопів стронцію-90 і плутонію-239 відносно невелика.

Для аварії на ЧАЕС сумарний вплив основної маси ізотопів тривав близько 10 років, після чого рівень радіації визначається цезієм-137. Практично у 30 км зоні рівень радіації складав:

- 1 липня 1986 року - 6 мР/год;

- 1 липня 1987 року - 0,6 мР/год;

- 1 липня 1991 року - 0,26 мР/год;

- 1 липня 1996 року - 0,2 мР/год.

Можна орієнтовно оцінити, яку дозу опромінення отримає населення внаслідок тривалого проживання на забрудненій місцевості. Людина, яка поселиться у цій зоні, через 10 років після аварії за 60 років життя може отримати дозу опромінення: Р₁₀ = 0,2 мР/год; Р₇₀ = Р₁₀/2х60/50 = 0,05 мР/год;

Таким чином, тривале проживання на зараженій після Чорнобильської аварії місцевості буде неможливе й через десятки років (без дезактивації місцевості).

Порівняння наслідків ядерних вибухів і аварій на АЕС показує, що через невеликий проміжок часу після вибуху його наслідки істотно більші, але з часом завдана шкода від аварій на АЕС зменшується значно повільніше.

Аварія у Гарисберзі. 28 березня 1979 року близько 4 години ранку за місцевим часом в системі охолодження АЕС "Тримайл-Айленд" відмовив насос. Реактор автоматично відключився. Радіоактивна пара вийшла в атмосферу. Співробітників вивезли з небезпечної зони, під'їзд до АЕС перекрили.

29 березня в реакторі виникла газова бульбашка, яка перешкоджала циркуляції охолоджуючої води. Рівень радіації в районі Гарисберга - 0,3 мбер/год.

30 березня - новий викид радіоактивних парів в атмосферу. Рівень радіації підвищився до 20...25 мбер/год. Мешканцям п'ятимильної зони не рекомендують виходити із будинків. Понад мільйон осіб, котрі проживають в радіусі 25 км від АЕС, готуються до евакуації.

31 березня представник АЕС повідомив про зменшення аномальної активності реактора. Евакуація відміняється.

1 квітня знову з'явилась газова бульбашка. 60 тисяч чоловік покинули небезпечну зону.

2 квітня газова бульбашка в реакторі зменшується. Евакуація знову відміняється.

3 квітня об'єм бульбашки ще більше зменшується, небезпека катастрофи відступила.

4 квітня газова бульбашка в активній зоні реактора зникла.

5 квітня 80 тис. осіб повернулися додому.

На думку американських спеціалістів, аварія на АЕС "Тримайл-Айленд" поблизу Гарисберга "не досягла таких маштабів, щоб її можна було назвати катастрофою".

Катастрофа у Чорнобилі. Аварія в Чорнобилі стала класичним прикладом техногенної катастрофи. Причиною того, що трапилося, були непередбачені помилки персоналу електростанції, які порушили регламент та режим експлуатації енергоблоку і спричинили ситуацію, в котрій проявилися недоліки в конструкції АЕС (усунені зараз). Конструктори не змогли передбачити поєднання такої великої кількості порушень правил експлуатації з боку тих осіб, котрі безпосередньо віповідали за безпеку експлуатації станції.

Некомпетентність, безідповідальність людей та низька надійність техніки стали причиною даної трагедії.

Ядерним паливом в АЕС є уран-238 (двоокис урану), збагачений ураном-235 - 20 кг урану-235 на 1 т урану-238. Ядерне паливо вводиться у реактор у вигляді трубок із цирконієвого сплаву, в котрих розміщуються таблетки урану циліндричної форми. Назва цієї конструкції - твел -теплоутворюючий елемент. Твели розташовуються в активній зоні у вигляді збірок по 18 трубок. Усього 1800 трубок, розміщених у графітовій кладці з вертикальними технологічними каналами. В графіті циркулює теплоносій, який забирає утворене при ядерній реакції тепло. Вода нагрівається до кипіння, пара надходить до турбін, які виробляють електроенерігію.

Весь кругообіг води здійснюють 8 циркуляційних насосів – 6 працючих та 2 резервних. Реактор розташований всередині бетонної шахти. Графітова кладка розміщена у циліндричному корпусі. Розмір активної зони ~ 7 м у висоту, та діаметром 12 м. Весь апарат спирається на бетонну основу, під якою розташований басейн системи локалізації аварії.

Ланцюгова реакція в реакторі йде з коефіцієнтом ефективності 1,0...1,064. Чим вищий цей коефіцієнт, тим вища температура пари та потужність реактора. Якщо коефіцієнт буде вищий 1,064, режим стане некерованим. Регулювання швидкості протікання ланцюгової реакції здійснюється за допомогою спеціальних стержнів-поглиначів нейтронів із бористої сталі. Вони вводяться (чи виводяться) в активну зону та регулюють кількість нейтронів, що діють в реакторі. Усього в реакторі 211 стержнів-поглиначів. Вони забезпечують пуск, ручне, автоматичне регулювання потужності, планову та аварійну зупинку реактора. За своїм функціональним призначенням стержні діляться на три основні групи:

- автоматичного регулювання,

- ручного регулювання,

- аварійного захисту.

При сигналі захисту в активну зону вводяться усі стержні. Передбачена система аварійного охолодження реактора.

Розглянемо хронологію аварії. Аварія відбулася на 4 блоці Чорнобильської АЕС 26 квітня 1986 року приблизно о 1 годині 23 хвилини.

25 квітня планувалася зупинка реактора на планово-попереджувальний ремонт з проведенням перед зупинкою деяких експериментів.

Картину аварії краще прослідкувати по годинах.

13 година 00 хвилин - відповідно до графіка зупинки персонал приступив до зниження потужності реактора.

14 годин 00 хвилин - згідно з програмою експерименту відключається система аварійного охолодження реактора. Оскільки без цієї системи реактор не повинен експлуатуватися, його потрібно зупинити, але диспетчер "Київенерго" не дав дозволу на глушення реактора, і він продовжував працювати, що є найбрутальнішим порушенням. При роботі із зниженою потужністю в реакторі збільшується кількість ксенона-135, який має властивість поглинати нейтрони - "нейтронна отрута". "Нейтронна отрута", тривалий час впливаючи на ядерні процеси, практично робить Їх некерованими. Реактор повинен бути зупинений, доки "нейтронна орута" не розпадеться (період напіврозпаду близько 9 годин). Крім того, перенесення часу зупинки реактора змінило умови експерименту і його почала проводити не та зміна, що готувалася.

О 23 годині 10 хвилин отримано дозвіл на зупинку реактора, розпочалося зниження потужності. Але оператор не справився з керуванням і потужність швидко впала майже до нуля. Реактор повинен був обов'язково глушитися, але персонал розпочав нове підіймання потужності, чого в жодному разі робити не можна. Потрібно було обов'язково зупинити реактор. Про це було відомо кожному. Але оператори близько двох годин пробували підвищити потужність, щоб виконати заплановані експерименти. Потужність підвищувалася шляхом виводу стержнів регулювання із активної зони.

О 1 годині 00 хвилин 26 квітня вдалося підняти потужність реактора і стабілізувати її на рівні 200 МВт (замість 1000...700 відповідно до програми експериментів). Однак експеримент продовжувався.

1 година 3 хвилини - оператор вивір стержні автоматичного регулювання (поглинача нейтронів) з активної зони за допомогою ручного регулювання. Це категорично заборонено, Внаслідок цього реактор опинився у некерованому стані і його потужність швидко почала збільшуватись (майже у 100 разів понад норму). Температура пари перевищила граничні межі. Її тиск почав перевищувати межу стійкості конструкції реактора.

1 година 20 хвилин - розпочато експеримент з турбогенератором. Був вимкнений ще один захист. Реактор опинився у такому стані, що навіть невелике збільшення потужності викликає надмірне зростання об'ємного паровмісту.

1 година 23 хвилини 40 секунд - керівник зміни, зрозумівши небезпеку, дав команду опустити стержні регулювання потужності. Стержні пішли униз, але швидко зупинилися. Оператор зробив спробу опустити їх дією своєї ваги, але було вже пізно.

В реакторі відбувся тепловиий вибух, зруйнувавши приміщення та спричинивши пожежу і тривалі викиди РР в атмосферу.

Порушеннями були:

- реактор був переведений у важкокерований і тому заборонений інструкціями режим;

- сигналізація тривоги була вимкнена персоналом;

- реактор не був зупинений в критичний момент, що призвело до різкого збільшення швидкості ланцюгової реакції.

Причини аварії:

- грубі помилки персоналу, який проводив експеримент, особливо з техніки безпеки;

- недостатній нагляд державних органів як за експлуатацією реактора, так і за експериментом на ньому;

- недостатня кваліфікація персоналу;

- недоліки конструкції реактора;

- недостатньо автоматизована і обладнана система безпеки.

Якби сама конструкція реактора за своєю природою забезпечувала гальмування, а не збільшення, як в цьому випадку, потужності, та якби обслуговуючий персонал за рівнем навчання та підготовки міг прогнозувати наслідки своіх дій, то вибух не відбувся б. Чорнобильська катастрофа стала нашим національним лихом.

ВИСНОВОК

Діяльність людини стає все несуміснішою зі звичайними силами природи. Природа неспроможна відновлюватися після екстенсивної діяльності людини. Нагромадження в атмосфері вуглекислого газу внаслідок спалювання палива йде інтенсивніше, ніж його поглинання рослинністю та водами океанів і морів. Одночасно надзвичайно великими темпами зменшується об'єм атмосферного кисню. Зменшується вміст озону в захисному шарі Землі, який охороняє все живе від згубного впливу космічної радіації.

Антропогенне запилення атмосфери своїми масштабами наблизилося до запилення атмосфери вулканами. Скидання нафти в моря і океани внаслідок діяльності людини перевищило об'єм природного надходження. Найнебезпечнішим результатом впливу людини на навколишнє середовище є його забруднення. Людина забруднює усе: повітря, грунт, воду. Почала розповсюджуватися пелена отруйних газів. Метеорологічними і гідротехнічними процесами переносяться, поширюються і розсіюються забруднюючі речовини. Біологічні процеси зумовлюють їх нагромадження і концентрацію, що сприяє появі нестійких станів та ланцюгових реакцій.

Природа вже не витримує таких навантажень. Зникають тварини та рослини. За останні декілька десятиріч людина значно змінила ту картину тваринного і рослинного світу, яка складалася протягом не менше 70 млн. років. Тільки за століття вимерло 70 видів м'ясоїдних і стільки ж видів птахів. Зникають комахи, рослини. Окремі райони Землі перетворилися в зони екологічного лиха.

Критичний стан навколишнього середовища став загальнолюдською проблемою.

Основною причиною надзвичайних ситуацій екологічного характеру є діяльність людини. Усі надзвичайні ситуації екологічного характеру можна поділити на чотири групи:

Надзвичайні ситуації першої групи спричиняються катастрофічними змінами грунту, надр, ландшафту. При виробці надр, при видобуванні корисних копалин та іншій діяльності людини виникають западини, зсуви, обвали. Хімічна промисловість спричиняє понаднормативну концентрацію важких металів, включаючи радіонукліди та інші шкідливі речовини, в грунті. Аграрна діяльність людини викликає інтенсивну деградацію грунтів, спустошенння на широких територіях через ерозію, засолення та інші причини. Видобування корисних копалин призводить до Їх виснаження. Невирішені проблеми переробки та захоронення відходів призводять до переповнення звалищ та забруднення ними навколишнього середовища.

Друга група надзвичайних ситуацій пов'язана зі зміною складу і особливостей атмосфери. Ці надзвичайні ситуації викликаються перевищенням гранично допустимих концентрацій шкідливих речовин в атмосфері, значним перевищенням в окремих районах гранично допустимого шуму; виникненням кислотних опадів; значною зміною прозорості атмосфери та іншими факторами.

Третя група надзвичайних ситуацій пов'язана зі зміною стану гідросфери. Ці надзвичайні ситуації викликаються різкою нестачею питної води внаслідок виснаження вод або їх забрудненням; виснаженням водних ресурсів, потрібних для організації господарсько-побутового водопостачання і забезпечення технологічних процесів; порушенням господарської діяльності та екологічної рівноваги внаслідок забруднення зон внутрішніх морів та світового океану.

Четверта група надзвичайних ситуацій пов'язана зі зміною стану біосфери і характеризується зникненням видів тварин, рослин внаслідок зміни умов їх існування; масовою загибеллю тварин та рослинності на певній території; різкою зміною здатності біосфери до відтворення поновлюваних ресурсів.

ВИСНОВОК

Для організації робіт щодо ліквідації наслідків аварій, катастроф, стихійних лих утворюються Державні комісії з надзвичайних ситуацій - ДКНС. ДКНС діють при Кабінеті міністрів країни, в областях, містах, регіонах як на постійній основі, так і у випадку виникнення НС. До їх функцій входить забезпечення постійної готовності до дій аварійно-рятівних служб, контроль за розробкою та реалізацією заходів з попередження можливих аварій і катастроф. Усі завдання з ліквідації НС виконуються по черзі у максимально короткі строки.

Дата добавления: 2014-11-29