1. Экологические аспекты эксплуатации АЭС

ОТ ЯТЦ
Лекция 14-Экологические аспекты эксплуатации АЭС
1.
Экологические аспекты эксплуатации АЭС
Как любая крупномасштабная техногенная деятельность человека и как
любой другой энергетический объект, атомные электростанции влияют на
состояние экосистемы. Радиационный фактор является барьером в
общественном сознании для атомной энергетики при выборе вида
энергоисточника, поскольку сформировалось неадекватное восприятие
техногенных рисков различной природы. Существует опасность принятия
потенциально опасных решений, связанных фактически с большим
суммарным риском, чем АЭС.
Радиация – один из многих естественных факторов воздействия
окружающей среды. Основную часть облучения население земного шара
получает от естественных источников радиации. Уровни естественного
излучения варьируют в довольно широких пределах, и наш организм не
только подготовлен к заметному радиационному воздействию, но и в
значительной степени им сформирован: разделение полов, иммунные и
репарационные генетические механизмы являются инструментом эволюции
в борьбе, прежде всего, с радиационным фоном.
Техногенное радиоактивное загрязнение происходит от радионуклидов,
период полураспада которых более нескольких минут. Такие вещества
называются биологически значимыми радионуклидами.
В России основные проблемы радиоактивного загрязнения окружающей
среды связаны с прошлой деятельностью предприятий атомной
промышленности.
Экологические проблемы энергетики
Сегодня общепризнано, что не существует способов получения
электроэнергии, не сопряженных с риском возможного вреда.
Вопрос «какая электростанция характеризуется большим удельным
выбросом радиоактивных веществ в окружающую среду – атомная или
угольная?» звучит риторически, однако, как ни парадоксально, больший
удельный выброс (на единицу произведенной электроэнергии) дает угольная
станция. В угле всегда содержатся природные радиоактивные вещества –
торий, два долгоживущих изотопа урана, продукты их распада (радий, радон
и полоний), а также долгоживущий радиоактивный изотоп калия – калий-40.
При сжигании угля они практически полностью попадают во внешнюю
среду. При этом удельная активность выбросов ТЭС в 5–10 раз выше, чем
для АЭС.
Значительная доля природных радионуклидов, содержащихся в угле,
скапливается в шлаковых отвалах ТЭС и попадает в организм людей по
пищевым цепочкам при размытии водой. В 1 тонне золы ТЭС содержится до
100 г радиоактивных веществ. На АЭС такой канал их распространения
отсутствует вообще, поскольку технологии обращения с удаленным из
реактора облученным ядерным топливом (ОЯТ) исключают его контакт с
1
ОТ ЯТЦ
Лекция 14-Экологические аспекты эксплуатации АЭС
внешней средой. В целом же радиационное воздействие ТЭС на население
оказывается примерно в 20 раз выше, чем у АЭС равной мощности (в обоих
случаях оно многократно меньше влияния естественного фона).
Выбросы ТЭС содержат, главным образом, элементы, активно
участвующие в жизненном цикле. При этом многие специфические вещества,
обладающие высокой биологической опасностью, в выбросах ТЭС не
нормируются.
При сжигании угля, кроме золы и сажи, образуются двуокись углерода,
создающая парниковый эффект; токсичные газы (оксиды углерода, серы,
азота и ванадия), вызывающие кислотные дожди и кислотные отравления;
сложные полициклические ароматические углеводороды канцерогенного
воздействия (бензапирен и формальдегид); пары соляной и плавиковой
кислот; токсичные металлы (мышьяк, кадмий, ртуть, свинец, таллий, хром,
натрий, никель, ванадий, бор, медь, железо, марганец, молибден, селен, цинк,
сурьма, кобальт, бериллий), которые могут вызывать в 1000 раз больше
смертей, чем ядерные отходы. Характеристика канцерогенных выбросов ТЭС
приведена в табл.1.
Дальнейшее развитие тепловой энергетики на органическом топливе,
основанной на угле, нефти, газе, сланцах, торфе, приведет к глобальным
изменениям климата и свойств атмосферы.
Таблица 1
Валовые выбросы ТЭС мощностью 1 ГВт
Наименование выброса
КОЛИЧЕСТВО, т/год
Сернистый ангидрид
5765,7
Двуокись азота
4576
Окись азота
743,5
Взвешенные вещества(пыль,
148,3
аэрозоли)
Зола
2205,7
Окись углерода
50,3
Углеводороды
1,8
Формальдегид
6
Тяжелые металлы
5
Необходимо проводить сопоставление не просто электростанций на
различных видах топлива, но и их топливных циклов, включающих операции
по добыче, транспортировке, подготовке, переработке.
Имеющиеся данные в разных странах свидетельствуют: по реальному
воздействию на человека атомная промышленность находится во втором
десятке вредных факторов (табл. 2).
Таблица 2
2
ОТ ЯТЦ
Лекция 14-Экологические аспекты эксплуатации АЭС
Место атомной промышленности среди 21 отрасли по показателям
профессиональной заболеваемости в России (на 10 000 работающих)
Место
отрасль
1996
1997
1998
1
Угольная
55,6
81,09
21,64
промышленность
12
Нефтедобывающая
1,53
1,85
2,62
промышленность
18
Нефтеперерабатывающая
0,61
0,74
0,96
промышленность
19
Электроэнергетика
0,55
0,79
0,86
20
Атомная
0,64
0,45
0,60
промышленность
В среднем по России
2,33
2,32
1,78
Необходимо сопоставлять риск от воздействия объектов энергетики и
других радиационных факторов на производстве и в быту.
Таблица 3
Средние индивидуальные дозы облучения населения СССР от различных
источников ионизирующего излучения
Доля
Источники излучения
Доза, мЗв/год
суммарной
дозы, %
Естественный фон
1,10
44,7
Медицинская рентгенодиагностическая
0,72
29,3
аппаратура
Строительные материалы
0,60
24,4
Глобальные выпадения
0,02
0,8
Часы со светосоставом
0,01
0,4
Авиационный транспорт
0,005
0,2
Телевизоры
0,002
0,1
-5
АЭС
10
0,05
Итого
100
2,46
Таблица 4
Уровни радиоактивности некоторых жидкостей
Жидкость
Радиоактивность, Бк/л
Типичные сбросные воды АЭС
3,7·10-2 – 3,7·10-1
Водопроводная вода
7,4·10-1
Речная вода
0,37 – 3,7
4 % пиво
4,81
Океанская вода
12,95
3
ОТ ЯТЦ
Лекция 14-Экологические аспекты эксплуатации АЭС
Виски
Молоко
Прованское масло
44,4
51,8
181,3
Исследования показали, что годовая доза дополнительного для
живущих вблизи АЭС (0,01–0,05 мЗв/год) сравнима с дозой однократного
рентгеновского снимка зубов, почти в 10 раз меньше дозы облучения
телезрителя (0,48 мЗв/год) и в 20 раз меньше среднего естественного фона на
поверхности Земли (1 мЗв/год). Для населения уровень риска смерти от
различных причин изменяется в исключительно широких пределах: от 10 -9 до
10-2 1/(чел•год). Минимальный фиксируемый риск 10-9 соответствует
отдельным небольшим событиям, происходящим в среде обитания человека
и приводящим к гибели нескольких человек во всем мире ежегодно. Уровень
риска смерти более 10-2 представлен особо опасными видами
профессиональной и непрофессиональной деятельности. Риск от проживания
вблизи АЭС оценивается в 7·10-7.
Дозы облучения населения в районах функционирования предприятий
атомной отрасли неотличимы от региональных значений естественного фона.
Ядерная энергетика положительно решает многие экологические
проблемы, не потребляет ценного природного сырья и атмосферного
кислорода, не выбрасывает в атмосферу парниковых газов и ядовитых
веществ, и стабильно обеспечивает получение самой дешевой энергии.
При истощении запасов органического топлива использование ядерного
топлива – пока единственно реальный путь надёжного обеспечения
человечества необходимой ему энергией, менее опасный для здоровья
человека и окружающей среды.
Атомная энергетика, замещая тепловую энергетику, сможет сыграть
существенную роль в сокращении выбросов углекислого газа, разрешении
других экологических проблем. Все российские АЭС имеют явно
выраженные экологические преимущества в сравнении с другими видами
промышленной деятельности.
Здесь следует сделать оговорку – общепризнанно, что АЭС при их
нормальной эксплуатации в экологическом отношении чище тепловых
электростанций на угле, однако при авариях АЭС могут оказывать
существенное радиационное воздействие на людей и экосистемы. Право на
существование атомная энергетика имеет только в случае обеспечения
предельно высокого уровня безопасности её предприятий, недопущение
какого либо выноса радиоактивных продуктов из технологического
оборудования за пределы, ограниченные технологическими помещениями
(барьеры безопасности) при любых обстоятельствах.
Требование безаварийности
Поступление в окружающую среду радиоактивных загрязнителей
вследствие проектных аварий на АЭС ограничено санитарно-гигиеническим
4
ОТ ЯТЦ
Лекция 14-Экологические аспекты эксплуатации АЭС
законодательством. Локализующие системы
АЭС обеспечивают
непревышение этих нормативов, обычно с запасом.
За последние 10 лет в российской ядерной отрасли не произошло ни
одного события уровня 4 и выше по международной восьмибалльной шкале
INES (International Nuclear Event Scale). Событий третьего уровня за это
время было шесть, причем ни одно из них не имело последствий для
населения. Количество ядерных аварий высоких уровней за более чем 60 лет
атомной истории в мире исчисляется единицами.
После Чернобыльской аварии были осуществлены меры по
повышению безопасности АЭС, особенно по безопасности реакторов типа
РБМК-1000, имеющие положительные результаты. Введены в действие
многоступенчатые системы аварийной защиты, срабатывающие при
малейших сбоях в работе оборудования станций. Анализ вероятностных
показателей безопасности показал, что частота повреждений активной зоны
от внутренних исходных событий для действующих АЭС составляет ~10-5
1/(реактор*год), а для проектируемых перспективных – менее 10-5
1/(реактор*год).
Найдены и использованы надёжные методы защиты от ядерного
«разгона», основывающиеся на самогашении реакции деления при
отклонении эксплуатационных режимов от регламента за счёт отрицательной
связи мощностного возмущения и реактивности системы и использования
внутренне присущих физических свойств конструкции активной зоны и
материалов без необходимости введения энергии извне для срабатывания
системы аварийной защиты. При этом определены условия отвода тепла,
обеспечивающие нерасплавление активной зоны даже при отказе
оборудования принудительной циркуляции теплоносителя.
В настоящее время доказано, что атомные электростанции могут быть
созданы с высокими показателями надежности и безопасности,
обеспечивающими выполнение самых строгих требований по снижению
загрязнения окружающей среды радиоактивными и другими вредными
веществами. Самый яркий пример обеспечения экологической безопасности
– транспорт ядерного топлива и радиоактивных веществ. За сорок лет этой
широкомасштабной деятельности не было ни одного происшествия с
тяжелыми пострадавшими от радиации. За те же годы транспорт жидкого и
газообразного органического топлива сопровождался авариями, унесшими
многие десятки, если не сотни тысяч человеческих жизней, включая, по
крайней мере, четыре ужасных катастрофы (три взрыва на трубопроводах и
одна авария автоцистерны), в каждой из которых погибли примерно по
пятьсот человек.
Нормирование воздействия АЭС на окружающую среду
Малое радиационное воздействие АЭС на окружающую среду
обусловлено тем, что санитарно-гигиеническое законодательство (НРБ и СП
5
ОТ ЯТЦ
Лекция 14-Экологические аспекты эксплуатации АЭС
АС) установило дозовую квоту АЭС в размере 5 % ПД – 0,25 мЗв/год, что
равно 1/4 - 1/5 естественного фона.
Структурная схема расчета предельно допустимых выбросов и сбросов АЭС
При проектировании и эксплуатации АЭС жестко регламентированы:
 Правила и нормы радиационной безопасности
 Размещение и концентрация мощностей атомных станций
 Проектирование атомных станций
 Конструирование, изготовление и эксплуатация оборудования и
трубопроводов АЭС
 Устройство и эксплуатация систем управления технологическими
процессами АЭС
 Устройство и эксплуатация систем надежного электроснабжения
АЭС
 Устройство и эксплуатация систем локализации атомных станций
 Строительство АЭС
 Ввод в эксплуатацию и эксплуатация АЭС
 Организация контроля загрязнений природной среды в районе
расположения АЭС
 Учет ядерных делящихся материалов.
Основные документы Перечня по безопасности АС, действующие в
настоящее время в Российской Федерации:
 Общие положения обеспечения безопасности АС,
 Правила ядерной безопасности реакторных установок АС,
 Правила ядерной безопасности судовых атомных энергетических
установок,
 Типовое содержание технического обоснования безопасности АС
(отчета по безопасности АС),
6
ОТ ЯТЦ
Лекция 14-Экологические аспекты эксплуатации АЭС





1.1.
Требования к размещению АС,
Правила безопасности при хранении, транспортировке ядерного
топлива,
Нормы радиационной безопасности, НРБ-99,
Санитарные правила проектирования и эксплуатации атомных
электростанций,
и другие.
Выбор места для расположения АЭС
При выборе места расположения ядерных реакторов в первую очередь
учитываются санитарно-гигиенические требования, обеспечивающие
предупреждение вредного влияния АС на окружающую среду и население.
Согласно нормативным требованиям предпочтение участкам:

расположенным с подветренной стороны по отношению к
населенным пунктам и поселку АЭС, в малозаселенных местностях с ровным
рельефом поверхности земли (должна учитываться годовая роза ветров);

с глубоким стоянием грунтовых вод, чтобы наивысший уровень
этих вод находился не менее чем на 1,5 м ниже отметки пола подземных
сооружений, в которых, возможно, будут располагаться радиоактивные
жидкости;

в хорошо продуваемом месте.
Перед
выбором
места
необходимо
подробно
исследовать
гидрометеорологические и санитарные условия района. Особое внимание
должно быть обращено на условия рассеяния примесей в атмосфере.
Согласно СПАС-99, при выборе площадки должны соблюдаться
«Требования к размещению АС», в которых указаны расстояния от городов и
крупных населенных пунктов с учетом радиационных последствий
запроектных гипотетических аварий, которые превосходят Максимальные
проектные аварии (МПА). При этом доза внешнего и внутреннего облучения
населения не должна превышать норм, установленных действующими
правилами радиационной безопасности НРБ-99 – 0,1 мЗв в год. Предельная
электрическая мощность АС на одной площадке ограничивается для АЭС – 8
ГВт, АТЭЦ – 4ГВт и АСТ – 2 ГВт.
Плотность населения, проживающего в зоне радиусом 25 км вокруг
АЭС и АТЭЦ, включая контингент строителей и эксплуатанционщиков, не
должна превышать 100 чел/км2. При этом должна быть предусмотрена
дорожная сеть и транспортные средства, позволяющие обеспечить в случае
необходимости эвакуацию населения из загрязненных районов указанной
зоны в течение 4 ч. Местоположение АС должно быть согласовано с
перспективным планом развития района. Район размещения должен
допускать возможность организации санитарно-защитной зоны вокруг
реактора. Санитарно - защитная зона - территория вокруг источника
7
ОТ ЯТЦ
Лекция 14-Экологические аспекты эксплуатации АЭС
ионизирующего излучения, на которой уровень облучения людей в условиях
нормальной эксплуатации данного источника может превысить
установленный предел дозы облучения населения.
1.2.
Экологический контроль за деятельностью АЭС
АЭС, как и другие промышленные объекты, является источником
техногенного загрязнения окружающей среды. Система контроля над
состоянием окружающей природной среды в районе расположения атомной
станции создается для обеспечения надзора за безопасностью ее работы. Она
должна обеспечивать охрану здоровья персонала, населения и выполнение
природоохранного законодательства в периоды строительства, эксплуатации
и снятия с эксплуатации АЭС, как в нормальном, так и в аварийном режимах,
т.е. обеспечивать сохранение экологически допустимых уровней загрязнения,
гарантирующих безопасность персонала, населения и окружающей среды.
В отношении радиоактивного загрязнения основное назначение
системы контроля – достоверная и оперативная оценка радиационной
обстановки в районе АЭС с одновременным обеспечением принятия
решений по локализации загрязнений и полному или максимально
возможному снижению последствий радиационного воздействия на
персонал, население и окружающую среду.
На стадии выбора строительной площадки и проектирования АЭС
наблюдения за состоянием природной среды и сельскохозяйственных угодий
проводятся с целью обеспечения исходными данными и информацией,
необходимыми для разработки проекта, а также с целью получения
«фоновых» данных о состоянии объектов природной среды и
сельскохозяйственных угодий, как основы для последующих оценок влияния
действующей АЭС на окружающую среду. Все эти данные используются для
разработки раздела проекта, посвященного Оценке воздействия на
окружающую среду (ОВОС). Этот раздел готовится в качестве
самостоятельного документа, имеющий свой уровень согласования с
местными и государственными органами санитарного надзора и
экологической экспертизы. Кроме того, на различных этапах создания ОВОС
необходимо проводить общественные слушания. ОВОС разрабатывается с
учетом всех стадий функционирования АЭС – строительство, эксплуатация и
снятие с эксплуатации.
На стадии эксплуатации или вывода АЭС из эксплуатации в результате
выработки ресурса целью контроля является получение сведений о
воздействии на окружающую среду всех вредных факторов. Отдельно
исследуются воздушное загрязнение, загрязнение водной среды,
радиационные, шумовые, электромагнитные, вибрационные, тепловые и
прочие факторы. Объем данных должен быть достаточным для разработки
рекомендаций по оптимизации взаимоотношений системы АЭС –
8
ОТ ЯТЦ
Лекция 14-Экологические аспекты эксплуатации АЭС
окружающая среда с целью сохранить нормальные условия жизнеобитания и
природную среду.
Таким образом, экологический контроль над деятельностью АЭС
является комплексной задачей включающей в себя ряд подзадач:

контроль над соблюдением требований безопасности на самой
станции;

контроль над выбросами и вредными факторами воздействия на
человека и окружающую среду;

контроль над состоянием окружающей среды.
Основные задачи радиационного контроля за состоянием окружающей
среды в районе расположения АЭС (радиационного мониторинга):

непрерывные систематические наблюдения за уровнем
радиоактивного загрязнения объектов природной среды, причем
чувствительность приборов должна позволять работать в области фоновых
величин излучений;

обнаружение радиоактивного загрязнения местности и отдельных
объектов наблюдения;

оценка уровней и масштабов радиоактивного загрязнения
объектов наблюдения, определение изотопного состава загрязнения;

контроль за динамикой изменения уровней радиоактивного
загрязнения объектов наблюдения.

оценка радиационной опасности, возникшей в результате
радиоактивного загрязнения. Выявление приоритетности изотопов в составе
загрязнения различных объектов природной среды с точки зрения их
опасности.

прогноз изменений радиационной обстановки и последствий
радиоактивного загрязнения;

сбор, обобщение и передача заинтересованным органам и
ведомствам информации о радиационной обстановке и состоянии
окружающей среды в районе расположения АЭС и о прогнозе ее изменения.
К объектам производственного экологического мониторинга АЭС
относятся:
 окружающая среда в пределах санитарно-защитной зоны и зоны
наблюдения АЭС, в том числе атмосферный воздух, поверхностные и
подземные воды, земли (почва);
 источники поступления загрязняющих веществ в результате
основной деятельности АЭС;
 источники антропогенного воздействия на окружающую среду, в
том числе производственные объекты, пуско-резервные котельные,
автотранспортные хозяйства, агропромышленные хозяйства, ремонтностроительные цеха;
 размещение опасных отходов (нерадиоактивных);
9
ОТ ЯТЦ
Лекция 14-Экологические аспекты эксплуатации АЭС
иные виды деятельности на атомных станциях, способные оказать
прямое или косвенное воздействие.

Радиационный и другие виды мониторинга за деятельностью АЭС
ведутся различными организациями и ведомствами. Во-первых, это
специально действующие службы на самих атомных станциях. В их
обязанности входит как внутренний, так и внешний мониторинг
радиационного воздействия, контроль над выбросами, контроль над
содержанием радионуклидов в технологических трактах (КГО). По
результатам такого контроля может быть принято решение о приостановке
работы реактора. Проведение дезактивационных мероприятий и т.п. Вовторых – органы санитарно-эпидемиологического надзора представляющие
Министерство Здравоохранения. Они проводят комплексные проверки
предприятий на предмет наличия и уровня вредных факторов. Ими же
ведется постоянный контроль над содержанием радионуклидов в пищевых
продуктах, продуктах животноводства и растениеводства, почве, воде и
воздухе. В-третьих, экологические службы – ведут контроль над состоянием
и наличием вредных веществ и радионуклидов в окружающей среде.
Взаимодействуют с АЭС. В-четвертых – Госкомгидромет – обеспечивает
оперативное обнаружение радиоактивного загрязнения окружающей среды
на территории всей страны как отечественными, так и зарубежными АЭС.
Контролирует трансграничный перенос радионуклидов, обеспечивает
гидрометеорологической информацией и прогнозами заинтересованные
организации. В-пятых – Минсельхоз – обеспечивает контроль за
радионуклидным загрязнением сельскохозяйственных угодий и содержанием
радионуклидов в продуктах животноводства и растениеводства.
Конкретные программы радиационного контроля разрабатываются
каждым ведомством самостоятельно с учетом местных особенностей для
каждой АЭС в отдельности.
Общими для всех ведомств, принимающих участие в контроле за
состоянием природной среды в районе расположения АЭС, являются
следующие задачи:

разработка рекомендаций для директивных органов по
проведению народнохозяйственных мероприятий при опасной радиационной
обстановке;

оценка эффективности принятых защитных мер в случае
радиационной аварии и создание основы для уточнения этих защитных мер
при необходимости, определение радиационной нагрузки на население и
экосистему;

создание банка данных с результатами контроля в качестве
основы для оценки воздействия АЭС на состояние окружающей среды;

организация
взаимодействия
ведомственных
служб
радиационного контроля
10
ОТ ЯТЦ
Лекция 14-Экологические аспекты эксплуатации АЭС

унификация методик радиационного
наблюдаемых разными ведомствами.
контроля
1.3. Источники поступления
окружающую среду
продуктов
радиоактивных
объектов,
АЭС
в
В период эксплуатации АЭС в процессе работы реактора в ядерном
топливе со временем накапливается большое количество радиоактивных
продуктов деления, представляющих потенциальную опасность для
персонала, жителей прилегающих населенных пунктов и окружающей среды.
Например, суммарная активность продуктов деления 235U на конец 3годичной работы реактора мощностью 1 ГВт (тепл.) составляет 4,4·109 Ки.
Эта активность должна удерживаться внутри тепловыделяющих элементов.
Регламентом допускается эксплуатация реакторов типа ВВЭР при 1%-ной
газовой негерметичности оболочек твэлов или 0,1% от числа твэлов с
частичной негерметичностью, когда возможен прямой контакт сердечника
твэла с теплоносителем. Для реакторов типа РБМК эти коэффициенты на
порядок меньше.
Очевидно, что часть продуктов деления может попадать в
теплоноситель. При этом концентрация радиоактивных продуктов в
теплоносителе не должна достигать контрольного уровня 0,1 Ки/л (для
ВВЭР).
11
ОТ ЯТЦ
Лекция 14-Экологические аспекты эксплуатации АЭС
При эксплуатации АЭС в нормальном режиме обеспечена локализация
основного количества радиоактивных продуктов в реакторной установке,
системах очистки теплоносителя (например, спецводоочистки) и газов
(спецгазоочистки). В частности, предусмотрена высокая герметичность
парогенератора и трубопроводов первого контура реактора, вследствие чего
радиоактивные продукты локализуются внутри него и концентрируются на
ионообменных фильтрах при переработке теплоносителя. Далее пульпа,
содержащая высокоактивную ионообменную смолу, сбрасывается в
хранилище высокоактивных жидких отходов, выдерживается там в течение
определенного времени для распада короткоживущих изотопов, переводится
в твердое состояние и поступает на захоронение в хранилище твердых
отходов (могильники).
Газоаэрозольные выбросы перед поступлением в атмосферу
очищаются от паров воды и водорода, на специальных фильтрах – от
радиоактивных аэрозолей и на угольных фильтрах – от изотопов йода.
Устройства систем удаления и очистки отходов могут варьироваться для
различных АЭС.
В результате нейтронной активации кроме продуктов деления
образуется наведенная активность элементов конструкций реактора и
теплоносителя, которая с течением времени может стать значительной.
Таким образом, на АЭС имеется целый ряд узлов технологической схемы, в
которых концентрируется большое количество радиоактивных продуктов. В
случае разрушения этих узлов в результате аварий во внешнюю среду могут
поступить радиоизотопы в количестве, определяемом как характером
разрушения, так и длительностью работы АЭС.
При реальной эксплуатации АЭС в безаварийном режиме всегда
существуют неплотности и дефекты в системе трубопроводов. В результате
чего возникают протечки теплоносителя, как между контурами, так и во
внешнюю среду. Так, допустимые протечки теплоносителя первого контура
ВВЭР-440 составляют примерно 240 кг/ч, а фактические обычно находятся в
пределах 5-50 кг/ч. При испарении теплоносителя в помещения АЭС
поступают газообразные и аэрозольные радиоактивные продукты. При
ремонтных работах, особенно сопровождающихся вскрытием первого
контура, также происходит загрязнение воздуха, и поверхностное
загрязнение помещений и оборудования. Дезактивация загрязненных
поверхностей приводит к образованию жидких или аэрозольных
радиоактивных отходов.
Загрязненный воздух из помещений через систему вентиляции
выбрасывается в окружающую среду, а жидкие отходы собираются и
подвергаются концентрированию. Газоаэрозольные выбросы АЭС в
атмосферу производятся в основном после очистки через высокую трубу
вентиляционного центра, способствующую лучшему рассеиванию
радиоактивных продуктов в воздухе и уменьшению их концентрации в
12
ОТ ЯТЦ
Лекция 14-Экологические аспекты эксплуатации АЭС
приземной атмосфере. Выбросы состоят главным образом из инертных
радиоактивных газов, а также содержат незначительные количества
продуктов деления ядерного топлива, концентрация которых за пределами
санитарно-защитной зоны обычно ниже глобального фонового уровня,
обусловленного испытаниями ядерного оружия. В выбросах АЭС
эксплуатирующихся много лет возможно присутствие продуктов активации
(например, 60Со), являющихся следствием коррозии металла.
По изотопному составу радиоактивные отходы АЭС представляют
собой смесь различных радионуклидов, как продуктов деления, так и
образующихся в результате активации нейтронными потоками. При делении
любого типа ядерного горючего образуется около 200 различных
радионуклидов. Большой выход при делении имеют радиоизотопы инертных
газов криптона и ксенона, а среди радионуклидов, представляющих
опасность внутреннего облучения – изотопы йода, цезия, стронция,
циркония, бария, рутения. При надлежащей герметичности оболочек твэлов
образующиеся в них осколочные продукты удерживаются в топливе. Однако
даже при незначительных дефектах оболочек продукты деления (в первую
очередь газообразные и летучие изотопы криптона, ксенона и йода)
проникают в теплоноситель и далее в вентиляционные и канализационные
системы. Источником загрязнения теплоносителя являются оболочки твэлов
и остаточное загрязнение поверхности твэлов делящимся веществом,
возникающее при изготовлении тепловыделяющих элементов.
Наведенная активность возникает в тех местах реактора, в которых
имеются потоки нейтронов, исходящие из активной зоны: в теплоносителе и
воздушных пространствах, деталях первого контура и корпуса реактора.
Среди продуктов активации в водо-водяных и водографитовых реакторах
наибольшее значение имеют радионуклиды, образующиеся в теплоносителе.
Наведенная активность воды первого контура при работе реактора
обусловлена активацией растворенных в воде веществ и продуктов коррозии.
Это 134Cs, 54Mn, 58, 60Co, 59Fe, 65Zn и другие радионуклиды. Из продуктов
активации газов наибольшее значение имеет 41Ar.
Газоаэрозольные отходы формируются при вентиляции монтажных
пространств, помещений насосов первого контура, емкостей, содержащих
жидкие отходы, и других помещений, в которых могут быть радиоактивные
вещества, а также за счет выбросов эжекторовых турбин. При этом в воздух
поступают в основном газообразные и летучие радиоизотопы и в меньшей
степени – нелетучие вещества в виде аэрозолей.
Основными по активности составляющими воздушного выброса
ядерных реакторов, являются радиоизотопы инертных газов - 41Ar –и
осколочные изотопы криптона и ксенона, основными из которых являются
133
Xe и 85Kr. В газообразной фазе выбросов присутствуют также тритий и 14С.
Радиоизотопы йода (в основном 131I) присутствуют в воздушном выбросе, как
в виде аэрозоля, так и в газообразной фазе, причем активность газообразной
13
ОТ ЯТЦ
Лекция 14-Экологические аспекты эксплуатации АЭС
фазы радиойода может в десятки раз превышать активность в аэрозоле.
Основная доля активности аэрозолей, поступающих в атмосферу, приходится
на короткоживущие продукты распада криптона и ксенона: 88Rb (Т1/2=18 мин)
и 138Cs (Т1/2=33 мин). Из долгоживущих продуктов наведенной активности
основными являются 60Co, 54Mn, 24Na, 64Cu, 51Cr и др. Из продуктов деления в
аэрозольной фазе выброса наиболее вероятно присутствие 131I, 137Cs, 144Ce.
Количество 137Cs и 89,90Sr в выбросах мало, однако вследствие их
биологической опасности за поступлением этих нуклидов во внешнюю среду
устанавливается постоянный контроль. В жидкие сбросы АЭС
радиоактивные продукты могут попасть при наличии протечек с водой,
охлаждающей конденсаторы турбин, а также с водой промконтура и в виде
сбросов малоактивных дебалансных вод, прошедших глубокую очистку от
радиоактивного загрязнения.
Наибольший вклад в загрязнение водоемов-охладителей вносит тритий.
На АЭС с реакторами типа ВВЭР его годовые сбросы с жидкими стоками
составляют приблизительно 2 Ки/(МВт·год), а на АЭС с реакторами типа
РБМК – около 0,1 Ки/(МВт·год). Кроме того, в водоемы поступает
незначительное количество 134,137Cs, 58,60Co, 51Cr, 65Zn, а также 54Mn, 59Fe и 131I.
Количество изотопов 89,90Sr в жидких сбросах очень мало, после трития
основная часть активности сбросов определяется изотопами 134,137Cs, в
меньшей мере 131I и 58,60Co. Возможным источником поступления изотопов в
окружающую среду являются хранилища жидких радиоактивных отходов,
преобладающая доля активности которых приходится на долгоживущий
изотоп 137Cs (до 95%).
Твердыми радиоактивными отходами могут быть различного рода
материалы из активной зоны реакторов, первого контура, демонтированное
оборудование и коммуникации контуров с активной средой, отработанные
фильтры очистных установок, загрязненные инструменты, приборы,
обтирочные материал, спецодежда, средства индивидуальной защиты и
другие предметы. Твердые отходы направляются на захоронение в
специально оборудованные хранилища.
При нормальной работе АЭС скорость выброса радиоактивных
продуктов в окружающую среду тщательно контролируется. Содержащиеся в
воздухе радиоактивные нуклиды благородных газов криптона, ксенона,
радона, трития, 14С, а также присутствие аэрозолей топлива и продуктов
деления определяют наличие ионизирующего излучения в воздухе. Жидкие
радиоактивные выбросы, попадающие в реки, большие озера или океан,
содержат тритий, продукты деления и другие вещества. При работе АЭС
человек может подвергаться следующим воздействиям ионизирующего
излучения:

внешнему β- и γ-облучению при распаде газообразных
радиоактивных нуклидов, содержащихся в атмосфере или в воде;
14
ОТ ЯТЦ
Лекция 14-Экологические аспекты эксплуатации АЭС

облучению при распаде осевших на землю радиоактивных
аэрозольных частиц;

внутреннему облучению в результате потребления загрязненной
радиоактивными нуклидами пищи или воды.
Скорость и уровень выхода радиоактивных нуклидов в окружающую
среду зависят от механизмов генерации и удержания этих нуклидов, которые
в свою очередь, определяются конструкцией активной зоны топлива и
реактора, а также защитных устройств технологического оборудования.
Совокупность
взаимосвязанных
герметизированных
объемов
(так
называемых барьеров безопасности с низким уровнем утечки) и другие
технические меры позволяют обеспечить очень высокие коэффициенты
удержания радиоактивных веществ, или, что то же самое, низкие
коэффициенты радиоактивных выбросов в окружающую среду.
Газообразные радионуклиды и аэрозоли, выходящие в окружающую
среду непосредственно или под контролем через вентиляционную трубу,
смешиваются с атмосферным воздухом и разбавляются в нем. Степень
разбавления зависит от высоты вентиляционной трубы, перемешиваемости
воздушных слоев (атмосферных условий) и расстояния от АЭС.
Радионуклиды также выпадают на землю в виде сухих и мокрых осадков.
Концентрация жидких радиоактивных выбросов зависит от степени
разбавления их в воде, т.е. количественного соотношения между выбросами
и окружающей водой.
Результаты государственного экологического мониторинга АЭС
являются открытыми и публикуются в информационных источниках. На
рис.17 показан результаты контроля за выбросами радилоактивных веществ в
окружающую среду для АЭС различного типа.
Рисунок 17. Радиационные выбросы АЭС
Следует отметить важность не только радиационных факторов
возможных вредных воздействий АЭС на экосистему, но и тепловое и
химическое загрязнение окружающей среды, механическое воздействие на
обитателей
водоемов-охладителей,
изменения
гидрологических
15
ОТ ЯТЦ
Лекция 14-Экологические аспекты эксплуатации АЭС
характеристик прилежащих к АЭС районов. Большое количество теплоты
отводится в окружающую среду от конденсаторов паровых турбин, как и на
ТЭС. Это неизбежное следствие второго закона термодинамики. Но на АЭС
эта теплота приблизительно в 1,2 – 1,3 раза больше, чем на ТЭС, вследствие
более низкого коэффициента полезного действия. При этом на ТЭС теплота
отводится в атмосферу еще и с дымовыми газами.
Основные радионуклиды АЭС и их воздействие на человека
Среди большого перечня искуственных радионуклидов, образующихся
при работе ядерного реактора, важнейшее значение имеет группа
биологически активных радионуклидов. Разные по своим дозиметрическим
характеристикам эти радионуклиды имеют одну общую способность- все они
являются «двойниками» или близкими аналагами химических элементов,
выполняющих важные биологические функции в живых организмах. Так
литий и углерод 14 могут входить в состав любых биомолекул, в том числе
генетических структур; стронций-90 является близким аналогом кальция и
входит в состав костных тканей; радиоцезий – химический аналог калия и
включается в мышечные ткани; йод необходим для функционирования
щитовидной железы; фосфор играет важную роль в энергетике клеток;
железо, кобальт, цинк и их радионуклиды входят в состав
ферментов(катализаторов биохимических реакций), например, железо входит
в состав гемоглабина, кобальт – в состав витамина В12.
В природных условиях целый ряд элементов, не обходимых живым
организмам, присутствует в очень малых количествах, в связи с этим
организмы обладают способностью активно захватывать, накапливать в
клетках объем элементов, значительно больший, чем в окружающей среде.
Коэффициенты накопления растениями и животными биогеннных элементов
относительно их содержания в окружающей среде могут быть очень
большими и достигать порядка 105. Радионуклиды – аналоги биологических
элементов – активно ассимилируются в организмах растений, животных и
человека, включаются в биологические структуры, концентрируются в
отдельных органах или тканях.
Радионуклиды инкорпорированные в организме, создают внутреннее
клиническое облучение, практически полностью поглощаемое тканями. По
сочетанию дозиметрических и биологических свойств радионуклиды делят
на 4 класса опасности:
Группа А – радионуклиды с особо высокой токсичностью.
Группа Б – радионуклиды с высокой токсичностью.
Группа В – радионуклиды со средней токсичностью.
Группа Г – радионуклиды с малой радиотоксичностью.
1.4.
1.4.1. Тритий, углерод-14 и криптон
16
ОТ ЯТЦ
Лекция 14-Экологические аспекты эксплуатации АЭС
Тритий (Т1/2=12,4 года) образуется в активной зоне реактора в
результате тройного деления: в среднем примерно на 104 делений 235U всего
одно происходит с образованием трития. Приблизительно в 2 раза больше
образуется трития при делении 239Pu. Кроме того, тритий образуется в
теплоносителе в результате захвата нейтронов ядрами дейтерия,
содержащегося в воде в количестве 0,015%. Тритий также образуется при
взаимодействии нейтронов с бором, входящим в состав органов
регулирования. Из реактора тритий выделяется или в виде содержащего
тритий газа (НТ), или в виде содержащий тритий воды (НТО) и попадает в
атмосферу, или водоемы. Газообразный тритий очень быстро окисляется и
переходит в НТО. В конечном счете, любой утекающий самопроизвольно
или сбрасываемый под контролем тритий оказывается в виде содержащей
тритий воды. В растениях и организмах животных устанавливается
соотношение концентраций НТО и Н2О, близкое к существующему в
окружающей среде. Радиационное воздействие трития является следствием
потребления человеком продуктов питания и питьевой воды. Кроме того,
НТО может попасть в организм человека при вдыхании, а также через
кожные покров. При наличии трития весь организм человека подвергается
воздействию β-излучения с максимальной энергией 18 кэВ (Мягкий βизлучатель). Группа опасности Г.
С (Т1/2=5770 лет) образуется в активной зоне реактора в результате
реакций (n, p) на 14N, (n, α) на 17O и (n, γ) на 13C. Нуклид 14С испускает βизлучение с максимальной энергией 16 эВ. В окружающей среде 14С
окисляется до 14СО2. В растениях и животных соотношение 14СО2 и 12СО2
может быть очень близким к тому, которое существует в атмосфере.
Действие ионизирующего излучения на человека обусловлено главным
образом потреблением продуктов питания (молока, овощей, мяса).
Ингаляционное облучение, а также внешнее облучение окружающей среды в
случае 14С играют второстепенную роль. Группа опасности Г.
14
Kr (Т1/2=10,7 года) является продуктом деления тяжелых ядер. После
разбавления отходящими в вентиляционную трубу газами он выбрасывается
непосредственно в атмосферу. Приблизительно 99,6 % ядер 85Kr распадаются
с испусканием только β-излучения с максимальной энергией 0,67 МэВ и
всего 0,4% ядер 85Kr – с испусканием β-излучения (позитрон) с максимальной
0,16 МэВ с сопутствующим гамма-излучением с энергией 0,511 МэВ.
Концентрация содержащегося в атмосфере 85Kr не может быть уменьшена за
счет осаждения или вымывания: 85Kr практически нерастворим в воде.
Радиологическое воздействие 85Kr на человека происходит главным образом
за счет облучения кожного покрова. Вдыхание 85Kr играет меньшую роль.
Накопление 85Kr в атмосфере представляет также потенциальную угрозу
85
17
ОТ ЯТЦ
Лекция 14-Экологические аспекты эксплуатации АЭС
существенного изменения электропроводности воздуха, что может вести к
глобальным экологическим последствиям. Группа опасности Г.
1.4.2. Радионуклиды йода
Образующиеся в реакторе короткоживущие радионуклиды йода
I (Т1/2=8 суток) и 133I (Т1/2=20 часов) являются продуктами деления с
большим выходом. Радионуклиды йода, выбрасываемые в атмосферу из
реактора, частично находятся в элементарной форме, а частично в виде
органических соединений (метилиодиды). Содержащийся в атмосфере йод
осаждается и активно переходит в растительность (траву и овощи). Если
радиоактивный йод попадает в сбросные воды, он может накапливаться в
рыбе и водных растениях. Пути проникновения в организм человека
радиоактивного йода различны: вместе с вдыхаемым воздухом, при
потреблении овощей, рыбы или молока. Поглощенный человеком йод
концентрируется в основном в щитовидной железе. Радиоактивные нуклиды
йода испускают как β-, так и γ- излучение. Группа опасности Б.
131
1.4.3. Стронций и цезий
Продукт деления с большим выходом 90Sr (Т1/2=29,1 года) может
попасть в атмосферу вместе с воздухом, выбрасываемым на АЭС, а также
оказаться в реках в результате сброса жидких отходов. В организм человека
90
Sr проникает с пищей (молоко, овощи, рыба, мясо, питьевая вода). Хорошо
90
всасывается
в
легкие.
Подобно
кальцию
Sr
откладывается
преимущественно в костных тканях, заключающих в себе жизненно важные
кроветворные органы. Этим 90Sr очень опасен для здоровья человека,
поскольку биологическое время его выведения из организма равно 18 годам,
а дочерним продуктом распада 90Sr является 90Y (Т1/2=2,7 суток),
испускающий β-излучение с максимальной энергией 2,3 МэВ. Группа
опасности Б .
Радиоактивный цезий (137Сs, Т1/2=30 лет) содержится в малых
количествах в газообразных и жидких отходах АЭС. Радиологическое
воздействие цезия, как и 90Sr, на человека связано с проникновением его в
человеческий организм вместе с пищей. Для 134Сs (Т1/2=2,7 суток) и 137Сs
наряду с β-излучением характерным является также гамма-излучение. В
живых организмах цезий может в значительной степени замещать калий и
подобно последнему распространяться по всему организму в виде
высокорастворимых соединений. Группа опасности В - 137Сs. Группа
опасности Г - 134Сs
18
ОТ ЯТЦ
Лекция 14-Экологические аспекты эксплуатации АЭС
1.4.4. Нуклиды плутония
Нуклиды плутония могут попасть в атмосферу в виде аэрозолей PuO2
или PuNO, вместе с газовыми выбросами. Но для АЭС такой выход
практически не возможен. Представляет опасность скорее загрязнение
плутонием через жидкие отходы АЭС. Наибольшую опасность для здоровья
плутоний представляет при вдыхании, накапливаясь в легких. Наибольший
интерес представляют следующие нуклиды плутония 238Pu (Т1/2=87,8 года),
239
Pu (Т1/2=24 100 лет), 240Pu (Т1/2=650лет), 241Pu (Т1/2=14,4 года), 242Pu (3,9·105
лет). Кроме того, плутоний может попасть в организм при потреблении
овощей, молока, мяса, рыбы и питьевой воды; при этом плутоний
преимущественно откладывается в костных тканях. Плутоний жесткий αизлучатель. Из организма выводится плохо.
1.4.5. Радионуклиды церия (141Ce, Т1/2=32,5 сут; 144Ce, Т1/2=284,3
сут;)
Могут поступать в организм преимущественно ингаляционным путем,
частично через ЖКТ. В организме скапливаются в скелете и печени. Группа
опасности В - 141Сe. Группа опасности Б- 144Сe.
1.4.6. Радионуклиды рутения (103Ru, Т1/2=39,28 сут; 106Ru,
Т1/2=368,2 сут;)
Поступает в организм в основном, ингаляционным путем,
задерживается в легких. В ЖКТ усваивается небольшая часть нуклида из
пищи, далее он значительно равномерно распределяется по организму
медленно. β,γ – излучатель. Группа опасности В - 103Ru. Группа опасности
Б- 106Ru.
1.4.7. Калий 40 Т1/2=1,3 млрд.лет.
Природный радионуклид, в основном, присутствует в воде, своим
излучением создает естественное внутреннее радиационное облучение.
Группа опасности Г.
1.4.8. Радон Т1/2=3,82 сут
Естественный радионуклид, вносит основной вклад в природную
радиоактивность воздуха. В организм человека поступает из воздуха и воды,
Инертный газ, хорошо растворяется в воде, крови и других жидкостях
19
ОТ ЯТЦ
Лекция 14-Экологические аспекты эксплуатации АЭС
организма. Мягкий α-излучатель. Период полувыведения около 1 часа.
Группа опасности Г.
20