Лекция по теме "Аварии на радиационно-опасных объектах"

Характеристика радиационно-опасных объектов

К радиационно-опасным объектам могут быть отнесены: атомные станции, предприятия по изготовлению ядерного топлива, предприятия по переработке отработанного ядерного топлива, захоронения радиоактивных отходов (все они составляют предприятия ядерного топливного цикла – ПЯТЦ), научно-исследовательские и проектные организации, имеющие исследовательские ядерные реакторы, критические стенды, критические сборки, а также ядерные энергетические установки на объектах транспорта.

Предприятия ядерного топливного цикла (ПЯТЦ) – атомные станции, предприятия по изготовлению ядерного топлива, по переработке отработанного ядерного топлива и захоронения радиоактивных отходов.

Радиационно-опасный объект (РОО) – объект хозяйственной деятельности при авариях и разрушениях которого могут произойти массовые радиационные заражения людей, животных и растительности.

Среди предприятий ядерно-топливного цикла самым серьезным источником потенциальной радиационной опасности для персонала, населения и окружающей среды являются атомные станции и исследовательские реакторы. Это обусловлено, в основном, нагромождениями транспортных и перегрузочных контейнеров для транспортировки ядерного топлива и радиоактивных отходов, хранилищ радиоактивных отходов и возможным выбросом продуктов распада ядерного топлива.

Радиационная опасность предприятий по изготовлению ядерного топлива связана с поступлением в окружающую среду твердых, жидких и газообразных отходов, которые содержат природные радиоактивные вещества. Количество выбрасываемых радиоактивных веществ в основном зависит от мощности конкретного предприятия и содержания радиоактивных веществ в руде, которая перерабатывается.

Современный этап развития мировой экономики, характеризуется стремительным ростом ядерной энергетики. До конца 90-х годов, по данным МАГАТЕ, в мире действовало 450 ядерных реакторов в 34 странах мира, до 2000 года число ядерных реакторов увеличилось до 600 в 45  странах и близко 500 исследовательских реакторов.

Характеристика АЭС Украины (таблица)

Первый в мире реактор был построен в 1942 году в США, работами руководил итальянский физик Э. Ферми. Первый в Европе (СССР) ядерный реактор был сооружен в 1946 году под руководством И. В.Курчатова. Первая АЭС– построенная в СССР в г. Обнинске (Калужская область) в 1954году.

Первый на Украине ядерный реактор был сдан в эксплуатацию 26.09.1977 года на Чернобыльской АЭС.

По количеству ядерных энергетических установок Украина занимает 8-е место в мире и 5-е в Европе. Запорожская АЭС самая мощная АЭС в Европе.

На территории Украины действует 4 атомных электростанции с 15  энергетическими ядерными реакторами, которые производят более 45% электроэнергии страны, 2 исследовательских ядерных реактора, 1 критическая сборка и более трех тысяч предприятий и организаций, использующих в производстве, научно-исследовательской работе и медицинской практике разносторонние радиоактивные вещества.

Атомная станция (АС) - промышленное предприятие для производства энергии в заданных условиях и режимах применения, которое располагается в пределах конкретной территории, для осуществления этой цели используется ядерный реактор (реакторы) комплекс необходимых систем, устройств, оборудования и сооружений с необходимым персоналом.

Атомная электрическая станция (АЭС) - атомная станция, предназначенная для производства электрической энергии.

Атомная станция теплоснабжения (АСТ) - атомная станция, предназначенная для производства тепловой энергии с целью отопления и горячего водоснабжения.

Атомная энерготехнологическая станция (АЕТС) - атомная станция, предназначенная для производства электроэнергии и энергии для технологических целей.

Атомные электростанции включают - реакторы, паровые турбины, системы трубопроводов, генераторы. Главная особенность атомной электростанции - использование в качестве источника тепловой энергии ядерного энергетического реактора - устройства, предназначенного для получения и поддержания управляемой цепной реакции деления ядер урана и плутония, в результате которой выделяется тепло, используемое для выработки электроэнергии.

Известно, что объекты с ядерными компонентами являются радиационно-опасными, аварии которых могут вызывать опасные загрязнения территории, воды и воздуха радиоактивными осадками и аэрозолями. Поэтому, при выполнении технологических процессов и режимов эксплуатации на этих объектах большое внимание уделяется обеспечению безопасности и аварийной защите.

Основными причинами аварий является:

- ошибки в проектах, как результат недостаточного изучения природы материалов, которые делятся, - более 30%аварий;

- износ оборудования – 25%;

- ошибки операторов и эксплуатационников – 32%;

- другие причины – 13%.

Радиационная авария - авария на РОО, которая приводит к выходу (выбросу) радиоактивных продуктов или ионизирующего излучения за предусмотренные проектом для нормальной эксплуатации РОО границы, в количествах, которые превышают установленные границы безопасной эксплуатации объекта.

Последствия аварии - возникающая в результате аварии на РОО радиационная обстановка, которая наносит убыток за счет превышения установленных допустимых границ радиационного влияния на персонал РОО, население и окружающую среду.

В зависимости от границ зон деления радиоактивных веществ и радиационных последствий потенциальные аварии можно разделить на следующие типы:

Локальная радиационная авария - нарушение в роботе РОО, при котором не состоялся выход радиоактивных продуктов и (или) ионизирующего излучения за предусмотренные границы оборудования, технологических систем, домов и сооружений в пределах территории объекта в количествах, которые превышают установленные для нормальной эксплуатации объекта значения.

Объектовая - радиационные последствия которой ограничиваются границами предприятия, объекта (при этом возможно облучение персонала и загрязнение домов и сооружений, которые находятся на территории, выше уровней, установленных для нормальной эксплуатации).

Местная радиационная авария - нарушение в роботе РОО, при котором состоялся выход радиоактивных продуктов в пределах санитарно-защитной зоны объекта в количествах, которые превышают установленные для нормальной эксплуатации объекта значения.

Общая радиационная опасность - нарушение в работе РОО, при котором состоялся выход радиоактивных продуктов за пределы санитарно-защитной зоны объекта в количества, которые приводят к радиоактивному загрязнению прилегающей территории и возможному облучению проживающего на ней населения выше установленных норм.

Общие радиационные аварии могут быть региональными и глобальными.

Региональная - радиационные последствия которой ограничиваются границами нескольких областей и приводят к облучению населения и заражений окружающей среды выше уровней, установленных для нормальной эксплуатации.

Глобальная - последствия охватывают границы нескольких стран, значительную часть территории страны.

Санитарно-защитная зона - территория вокруг РОО, на которой уровень облучения людей в условиях нормальной эксплуатации объекта может превысить границу дозы ГД.

Поскольку, наибольшую потенциальную радиационную опасность представляют аварии на больших объектах ядерной энергетики, таких, как атомные станции, то вопросы изучения аварий на АЭС будут рассматриваться в более широком аспекте причин, форм ее развития, а также возможных последствий и их ликвидации.

Классификация возможных аварий на радиационно-опасных объектах проводится с целью заблаговременной разработки мероприятий, реализация которых в случае аварии на РОО того или другого типа должна привести к уменьшению или ликвидации ее последствий.

Классификацию возможных аварий на АЭС и других радиационно-опасных объектах целесообразно проводить по двум признакам:

– во-первых, по типичным (проектным) нарушениям нормальной эксплуатации АЭС;

– во-вторых, по характеру последствий возможных радиационных аварий для персонала АЭС, населения и окружающей среды. При анализе аварий на АЭС их принято характеризовать цепочкой:

исходное событие - путь протекания - последствия.

Ядерная авария - авария, связанная с повреждением тепловыделяющих элементов, которые превышают установленные границы безопасной эксплуатации, и облучения персонала (население), который превышает допустимые нормы эксплуатации и проживания, вызванная:

- нарушением контроля и управления цепной ядерной реакцией распада в активной зоне реактора;

- образованиям критической массы при перегрузке, транспортировке и сохранению ТВЭлов;

- нарушение отвода тепла от ТВЭлов.

Аварии, связанные с нарушениями нормальной эксплуатации АС, подразделяются на:

- проектные;

- проектные с наибольшими последствиями;

- за проектных.

При этом под нормальной эксплуатацией АЭС понимают все ее состояние в соответствии с принятым в проекте технологией производства энергии, включая работу на заданных уровнях мощности, процессы пуска и остановки, техническое обслуживание, ремонты, перегрузки ядерного топлива. Установлены для условий нормальной эксплуатации и ее типичных нарушений количественные значения параметров и характеристик состояния оборудования АЭС называются проектными границами.

Причинами проектных аварий, как правило, являются исходные события, связанные с нарушением барьеров безопасности, предусмотренных проектом каждого реактора. Именно в расчете на эти выходные события и строится система безопасности АЭС. Так, например, для водоводяного энергетического реактора (ВВЭР) предусматривается три барьера безопасности:

первый - топливная композиция и оболочка ТВЭлов;

второй - трубопроводы и корпусные конструкции первого контуру;

третий - защитная оболочка и система герметических помещений.

В соответствии с перечисленными барьерами безопасности условно можно выделить три обобщенных типа проектных аварии, связанных с нарушениями этих барьеров безопасности.

Первый тип аварий - нарушение первого барьера безопасности, то есть нарушение герметичности оболочек ТВЭлов через кризис теплообмена или механических повреждений. Кризис теплообмена возникает в связи с нарушением температурного режима оболочек ТВЭлов, когда интенсивность тепловыделения в ТВЭлах превышает интенсивность теплоотвода и тем самым нарушаются нормальные условия охлаждения оболочек ТВЭлов. Такая авария приводит к выходу радиоактивных продуктов ядерного топлива из ТВЭлов в теплоноситель.

Второй тип аварии - нарушение первого и второго барьеров безопасности. При попадании радиоактивных продуктов к теплоносителю в результате нарушения первого барьера безопасности последующее их распространение останавливается вторым барьером безопасности, что образуют корпус реактора и другие корпусные конструкции первого контуру и трубопроводов. Система первого контура реактора обеспечивает границы, в пределах которых содержится теплоноситель при рабочих температурах и давлении, и служит для содержания радиоактивных продуктов распада и ограничения количества неконтролируемых выбросов. В результате нарушения второго барьера безопасности (при нарушенном первом) происходит потеря теплоносителя с радиоактивными продуктами.

Третий тип аварии - нарушение всех трех барьеров безопасности. При нарушении первого и второго барьеров безопасности теплоноситель с радиоактивными продуктами распада воздерживается от выхода в окружающую среду третьим барьером - защитной оболочкой реактора. Под защитной оболочкой понимается совокупность всех конструкций, пристроил, что должны с высокой степенью надежности обеспечить локализацию выбросов радиоактивных продуктов из первого контуру в негерметические помещения реакторной установки, а оттуда - в окружающую среду.

Проектные и запроектные радиационные аварии могут переходить в ядерные, когда в результате повреждения барьеров безопасности происходит нарушение контроля и управления цепной ядерной реакции (ЦЯР) распада топлива в активной зоне реактора. Причиной возникновения ядерной аварии может быть также образование критической массы при перегрузке, транспортировке и сохранении ТВЭлов.

Нарушение контроля и управление ЦЯР, как правило, ведет к нарушению тепловыделения в ТВЭлах в сравнении с установленными возможностями по отводу тепла, которое вызывает разрушение (расплавления) топливной композиции и оболочек ТВЭлов со следующим выходом радиоактивных продуктов к теплоносителю. При этом происходит резкое повышение активности теплоносителя, ионизирующее излучение которого многократно превышают установленные границы, что при ненарушенной герметичности первого контуру действия биологической защиты, становится недостаточно для ослабления ионизирующих излучений к допустимому уровню.

В особенных случаях нарушения контроля и управления ЦЯР могут состояться тепловые и ядерные взрывы. Тепловой взрыв может возникнуть тогда, когда в результате быстрого неуправляемого развития ЦЯР резко нарастает мощность и происходит нагромождение энергии, которая приводит к разрушению реактора с взрывом. Ядерный взрыв, как правило, происходит при неполной цепной реакции распада горючего, когда в результате разрушения реактора не успевает распасться основная часть ядерного горючего.

Ядерные аварии, как правило, являются первопричиной радиационных аварий, которые сопровождаются наиболее тяжелыми последствиями. Поэтому проекты радиационно-опасных объектов, на которых возможны ядерные аварии, как правило, содержат в себе разделы по обеспечению ядерной безопасности, в которых указываются ядерные физические величины и мероприятия для обеспечения ядерной безопасности.

Скачать лекцию по авариям на радиационно-опасных объектах