ЛЕКЦИЯ №16 Аварийные ситуации и оценка риска

Достаточно крупных неполадок в работе реакторов было немного. Так, за период 1952 – 1979 гг. было всего пять достаточно крупных аварий в США, Великобритании и Канаде. Это следующие аварии:

1. 1952 г., Канада, Чолк-Риверская ядерная лаборатория, исследовательский реактор (D₂О, Н₂О), радиоактивных веществ выделилось мало, летальных исходов не было.

2. 1957 г., Великобритания, АЭС Уиндскейл, энергетический реактор (графит, СО₂), радиоактивных веществ выделилось много, летальных исходов не было.

3. 1961 г., США штат Айдахо, испытательная установка, экспериментальный реактор, радиоактивных веществ выделилось мало, два летальных исхода.

4. 1966 г., США штат Мичиган, АЭС «Энрико Ферми», энергетический натриевый реактор-размножитель, радиоактивные вещества не выделялись, летальных исходов не было.

5. 1979 г., США штат Пенсильвания, АЭС «Три-Майл-Айленд», энергетический реактор РЖК, радиоактивных веществ выделилось много.

Авария на АЭС «Три-Майл-Айленд»

Авария произошла в результате ряда малозначительных и маловероятных (особенно в своей совокупности) событий отказа оборудования.

Эта авария лишний раз демонстрирует иллюзорность обоснования надежности реактора на основе теории вероятности: незначительность каждого из событий, крайне малая вероятность их совпадения – все это в теории, а на практике – возникновение аварии, последствия которой могли привести к таким же последствиям, как при одной из самых тяжелых аварий с потерей теплоносителя в первом контуре.

Выброс радиоактивности в окружающую среду при аварии АЭС «Три-Майл-Айленд» оценивается в 9 10¹⁶ Бк.

Физики-реакторщики любят при этом сравнивать этот выброс с тем выбросом радиоактивности, который произошел при извержении вулкана Сент-Хелене 18 мая 1980 г. (не только мы виноваты, природа и сама рождает радиоактивность – вот подтекст подобного сравнения). При извержении указанного вулкана было выброшено 1,1 °10¹⁷ Бк – даже несколько больше, чем при аварии реактора. При этом не забывают подчеркнуть, что основная доля активности выбросов АЭС «Три-Майл-Айленд» приходилась на радиоактивный ксенон, который биологически мало активен, а в выбросах вулкана радиоактивность преобладала в виде радия, тория, полония, свинца и калия, которые биологически несравненно более активные, чем ксенон, и поэтому потенциально значительно более опасны. Но главное – вулканами пока мы управлять не умеем, а хорошие ядерные реакторы проектировать обязаны уметь.

В связи с анализом аварии на АЭС «Три-Майл-Айленд» необходимо подчеркнуть еще следующие обстоятельства. Во-первых, авария не сопровождалась самопроизвольным разгоном реактора, контроль над критичностью не был потерян. Это очень важный (и благоприятный) момент. Во-вторых, авария протекала при четкой работе персонала управления реактором на фоне отказа ряда узлов реактора. Это является характерной особенностью данной аварии, отличающей ее от ранее протекавших аварий.

Авария в Чолк-Ривере

Так, при аварии на реакторе в Чолк-Ривере было допущено две ошибки: во-первых, вместо сокращения подачи замедлителя (D₂О) была ошибочно сокращена подача теплоносителя (Н₂О) – просто техник перепутал клапаны. Во-вторых, оператору были даны указания ввести регулирующие стержни в активную зону, но оператор перепутал кнопки и нажал другую – стержни введены не были, активная зона перегрелась, оплавилась, что вызвало образование водорода, который взорвался и разрушил активную зону.

Авария на АЭС «Уиндскейл»

Авария на АЭС «Уиндскейл» также произошла из-за ошибки оператора, что привело к горению графита, применявшегося в этом реакторе в качестве замедлителя (вдобавок ко всему датчики внутри активной зоны не зарегистрировали пожара и сопровождавшую его в течение нескольких дней утечку радиоактивных веществ).

Авария в Айдахо

На испытательной установке, принадлежащей американской армии в штате Айдахо, авария также была вызвана неправильными действиями персонала: без соблюдения достаточных мер предосторожности два техника пытались вручную извлечь из активной зоны реактора заклинивший стержень СУЗ; расклинивание произошло неожиданно и быстро, это вызвало всплеск нейтронов (началась, по-видимому, локальная саморазгоняющаяся цепная реакция), два техника были убиты этими нейтронами, активная зона реактора не пострадала.

Таким образом, приведенные примеры свидетельствуют, что и непродуманные действия на реакторе чреваты возникновением аварий.

Авария на Чернобыльской АЭС и ее последствия. Авария на Чернобыльской АЭС (ЧАЭС) произошла в ночь с 25 на 26 апреля 1986 г. Описанию причин аварии, ее развитию и ликвидации ее последствий посвящено большое число официальных и корреспондентских публикаций, помещенных в широкой прессе.

По уточненным данным Федеральной службы лесного хозяйства РФ, общая площадь радиоактивно-загрязненных земель на 1 января 1995 г.:

на территории Брянской обл. составляла 171 тыс. га, в том числе с плотностью загрязнения от 37 до 185 кБк/м² - 60%;
185-555 - 23%;
155-1480 - 15%
и более 1480 кБк/м² около 2%;

на территории Калужской обл. загрязнению подвергалось 177,8 тыс. га, из них
от 37 до 185 кБк/м² - 75%,
185-555 - около 25%;
555-1480 - менее 1%;

в Тульской обл. загрязнено 74,8 тыс. га, из них
от 37 до 185 кБк/м² - 97%;
185-555 кБк/м² - 3% [205];

на Украине радиоактивному загрязнению подверглась площадь около 9 млн га, из них 1,75 млн га приходится на лесные массивы [189].

По ориентировочным оценкам, площадь лесных массивов, подвергшихся загрязнению в Брянской обл., достигает 1900 км², Калужской - 810 км².

Характерной особенностью чернобыльского выброса явилась значительная пространственная и временная неоднородность плотности, радионуклидного состава и физико-химических форм выпадения. Большая часть радионуклидов находилась в составе слаборастворимых полидисперсных частиц размером от десятых долей до сотен мкм (так называемые "горячие" частицы). Вещественный состав большинства матриц "горячих" частиц (до 90%) представлен оксидами урана неодинаковой степени окисления с различными примесями. Их радионуклидный состав близок к таковому облученного ядерного топлива, но с фракционированием летучих высокодисперсных продуктов деления [92, 111, 140, 142, 302]. Встречаются и так называемые рутениевые частицы с матрицей из элементов группы железа, в значительной степени обогащенные ¹⁰³Ru, ¹⁰⁶Ru. Также обнаружены частицы, обогащенные ¹⁴⁴Се, ^I44Ce +¹⁰⁶Ru, ¹⁴⁴Ce +^{134, 137}Cs, и чисто цезиевые частицы [314, 319, 323].

Более крупные топливные частицы размером до 200 мкм выпали преимущественно в зоне, прилегающей к реактору. Причем на участки, где радиоактивный след формировался в первые часы после аварии, вьщали наиболее труднорастворимые частицы с меньшей степенью окисления урана. Их матрица в основном состояла из UO₂ [192]. На более удаленных территориях (Брянск-Тула-Калуга-Прибалтика-страны Европы) загрязнение было обусловлено осаждением мелкодисперсных частиц и газоаэрозолей, в составе которых первоначально доминировали изотопы иода, а затем цезия.

Загрязнение данных регионов на 80-90% определялось конденсационной компонентой [72], и лишь 10-20% активности было связано с относительно небольшим числом "горячих" частиц переменного радионуклидного состава [179]. Т.е. по мере удаления от источника выброса доля топливной компоненты в выпадениях падала и дисперсный состав "горячих" частиц менялся [110].

В общем плане плотность поверхностного загрязнения центральных районов Восточно-Европейской равнины варьировала в пределах 5-6 математических порядков: от единиц кБк/м² до сотен мБк/м². Для территории России этот показатель колебался от единиц кБк/м² до нескольких МБк/м². Максимальное загрязнение отмечалось в 30-километровой зоне отчуждения ЧАЭС. Минимальный размах варьирования отмечался на территории Тульской обл. РФ. По мере приближения к источнику выброса размах варьирования плотности загрязнения сильно возрастал, что отразилось в вариациях этого показателя на территории 30-километровой зоны ЧАЭС. Здесь диапазон колебаний плотности загрязнения на ключевых участках составил от 1480 кБк/м² (на границе зоны) до 370 МБк/м² (в части, прилегающей к реактору). Пространственная неоднородность загрязнения, как правило, подчинялась закону логнормального распределения [7, 93, 173]. Коэффициент варьирования рассматриваемого показателя составлял 30-35%, однако по мере приближения к источнику выброса в топографии распределения радионуклидов усиливалась микроочаговость, обусловленная возрастанием доли топливных частиц в выпадениях [344].

По радионуклидному составу загрязнение также было неоднородным. Для выпадений в ближней зоне он был близок к таковому в поврежденном реакторе на момент выброса, по мере удаления от ЧАЭС радионуклидный состав обогащался летучими компонентами (иодом, цезием) и обеднялся тугоплавкими (церием, цирконием, ниобием и т.д.) нуклидами.

Радионуклидный состав загрязнения лесов РФ (Брянская, Калужекая, Тульская обл.) примерно однотипен. Основными дозообразующими радионуклидами являются изотопы цезия ¹³⁴Cs, ¹³⁷Cs. На их долю (по данным на сентябрь 1988 г.) приходилось более 90% от суммарной активности, доля ⁹⁰Sr в общем загрязнении составляла не более 1-2%, что в абсолютных единицах исчислялось величинами 7,4-29,6 кБк/м².

В то же время на участках 30-километровой зоны ЧАЭС доля изотопов цезия (на август 1987 г.) составляла 19-24%, с незначительным нарастанием этой величины к границам зоны. Особенности радиоактивного загрязнения исследуемой территории во многом определили последующее распределение радионуклидов в почве, их биологическую доступность и характер накопления растениями.

В соответствии с плотностью и физико-химическими формами выпадений изменялась и величина мощности экспозиционной дозы. В начальный период она варьировала от 0,2 до 0,7 мР/ч в пределах РФ и от 0,7 до 95,0 мР/ч на территории 30-километровой зоны отчуждений.

Дата добавления: 2014-01-05