Дія вибухів виробів з ЯЕУ на навколишнє середовище
Найбільш несприятливою подією з точки зору дії на НПС, надто маловірогідним, але все ж таки не неможливим є тепловий вибух ЯР. Слід пам’ятати, що вірогіднісь такої масштабної аварії АЕС, як Чорнобильська, оцінювалась частотою 6 7 10 ... 10 − − за рік. Однак вона трапилась, і це підтверджує, що неможливо створити ЯР, повністю надійний за всіх обставин. Тепловий вибух може бути зумовлений випадковим виникненням критичності у непрацюючого ядерного реактора або неконтрольованим розгоном ланцюгової реакції у працюючого. Виникнення першої події можливе при аварійних ситуаціях із спорядженим ЯР: із зібраною активною зоною і заправленим рідинно- металевим теплоносієм. Падіння ЯР в воду, занурення в грунт, введення органів регулювання в відбивач при осьовому напрямку удару – все це викликає зміну умов розмноження нейтронів в активній зоні і може призвести до позитивної реактивності. Таке може трапитись при транспортуванні, при запуску КА з ЯР , при виході на орбіту. Поява критичності викликає виникнення ланцюгової реакції ділення, виділення тепла, дисбаланс між тепловиділенням і тепловідведенням, –і в результаті відбувається тепловий вибух. При цьому потужність вибуху q може бути еквівалентна за енерговиділенням декільком десяткам кілограмів тротилу. При короткочасному протіканні реакції ділення аварійний ЯР стає джерелом гамма–і нейтронного випромінювання, яке випускається до моменту розльоту конструкцій ЯР. В активній зоні виробляється певна кількість радіоактивних осколків ділення, а матеріали конструкцій активуються нейтронами. Ядерне паливо, яке не прореагувало, осколки ділення і радіонукліди наведеної 405 активності при розльоті конструкції створюють радіоактивне забруднення НПС. Вихід миттєвого випромінювання визначається тими ж закономірностями розрахунку гамма–і нейтронного випромінювання, які були розглянуті в розділі 8. Однак на відміну від поширення випромінювань в вакуумі для приземного вибуху необхідно враховувати їх послаблення повітрям і накопичення розсіяного компонента. Приклад розрахунку дозного поля при тепловому вибуху ядерного реактора з тепловою потужністю 150 кВт наведений в таблиці 10.7. Таблиця 10.7 Потужність еквівалентної дози в залежності від відстані Відстань, м. 10 100 200 500 1000 Потужність дози, Бер/с 0,55 3,3·10 -3 5·10 -4 10 -5 3·10 -7 Як уже відмічалось, реакція ділення продовжується до розльоту конструкції ЯР. Цей час може складати до декількох секунд(нагрівання, плавлення і випаровування ядерних матеріалів і конструкційних оболонок ), і в залежності від нього будуть формуватись значення доз випромінювання. Згідно з НРБУ-97 гранично допустима річна доза для персоналу складає 5 бер і 0,5 бер (границя дози) для населення (за 8800 годин). Співставлення цих даних з результатами розрахунків показує, що на відстані одного кілометра від місця вибуху потужність дози, створеної миттєвим випромінюванням, може перевищувати її допустимі значення. Із зменшенням відстані це перевищення може досягати декількох порядків від початкового значення. Дисперговані вибухом конструкційні елементи ядерного реактора, в тому числі ядерне паливо, ізотропно (або неізотропно, в залежності від умов аварії) розлітаються в різні сторони, формуючи радіоактивне забруднення місцевості в районі вибуху. Частина їх піднімається вгору, утворюючи хмару вибуху, яка рухається зі швидкістю і напрямом вітру на максимальній висоті підйому цієї хмари. Із хмари, яка рухається , частина радіоактивної суміші осідає на землю, формуючи її радіоактивний слід. Частки більших 406 розмірів(діаметр від 50 –100 мкм і більше) випадають в районі вибуху. Більш дрібні частки розподіляються на всій площі сліду. Джерелами іонізуючих випромінювань при аварійному вибуху можуть бути: частина ядерного палива, яка не прореагувала, радіоактивні продукти ділення, радіонукліди наведеної активності. Питома активність урану–235, що використовується як паливо, дуже мала, і на фоні активності інших джерел цей компонент можна не враховувати. Продукти ділення – це штучні радіонукліди, які утворюються при діленні ядра урану. Всі вони гамма (γ) і бета (β)–випромінювачі з достатньо великими енергіями, що зумовлює їх сильну проникаючу здатність, особливо γ–випромінювання. Періоди напіврозпаду радіонуклідів, які утворюються, лежать в межах від долей секунд до декількох років. Довгоживучі продукти ділення і визначають рівень радіаційної безпеки при радіоактивному забрудненні місцевості на довгі роки. Зміна активності осколків ділення з часом при тепловій потужності ядерного реактора, яка складає 1 кВт, показана в таблиці 10.8. Таблиця 10.8 Питома активність продуктів ділення (Кі/кВт ) в залежності від часу після вибу ху Час 1 година 15 діб 3 місяці 6 місяців 1 рік 3 роки 5 років 10 років Питома активність 5,6·10 3 1,6·10 3 7·10 2 5·10 2 2,8·10 2 1,4·10 2 80 44 Радіонукліди наведеної активності утворюються, в основному, при радіаційному захваті нейтронів ядрами елементів, які входять в склад теплоносія і конструкційних металів. Сумарна їх активність невелика, і вони можуть внести певний вклад в забруднення місцевості в перші кілька діб після аварійного вибуху. Таким чином, основним джерелом радіоактивного забруднення місцевості для аварійної ситуації, що розглядається, є осколки ділення. Наслідки теплового вибуху з виділенням в середньому енергії 20 мВт·с показані в таблиці 10.9. 407 Як свідчать дані таблиці 10.9, тільки приблизно через рік (10 7 с) потужність дози може зрівнятись з її допустимим значенням на відстані 30 м від місця вибуху. Таблиця10.9 Значення потужності доз на границі стартової площадки в залежності від часу Час, с 1 10 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 Потужність дози, Р/год 7·10 2 3·10 2 9 0,8 8·10 -2 10 -2 10 -3 10 -4 Висота підйому хмари залежить від потужності вибуху. Так, при q=10 кг тротилу висота підйому приблизно складає 150–200 м. Інтенсивність радіоактивного зараження вздовж сліду хмари дуже сильно залежить від кількості радіоактивних продуктів, які перейшли в аерозольну фазу. При оцінці можливого радіаційного стану, виходячи з принципу забезпечення максимальної безпеки, можна вважати, що в аерозольний стан переходить не менше 30-50% маси радіоактивних металів. Перенесення хмари описується рівнянням розподілу для миттєвого точкового джерела радіоактивної суміші. Результати розрахунків дози за 30 діб в залежності від відстані до старту при вибуху ядерного реактора з тепловою потужністю 50 кВт і розміром часток 30 мкм при швидкості вітру 5 м/с показані в таблиці 10.10. Таблиця 10.10 Доза за 30 діб в залежності від відстані до стартової площадки Відстань, м. 0 0 200 400 600 800 Доза, бер. 100 25 0,15 0,03 0,01 0,003 Зона зараження буде мати форму витягнутого еліпса з розміром вісі 1-2 км за вітром в залежності від його швидкості і 200-500 м. в поперечному напрямку. При цьому допустима доза за цей же час для персоналу складає 0,17 бер, а для населення 0,017 бер. Із збільшенням висоти вибуху розміри забруднення зростають. Результати розрахунків під час вибуху ЯР з тепловою потужністю 50кВт на висоті 3 км свідчать, що зона можливого зараження місцевості буде мати форму еліпса з розмірами осей 2-4 км. за 408 вітром і 1-1,5 км шириною в залежності від висоти вибуху і швидкості вітру. Виконані оцінки показують, що при тепловому вибуху ядерного реактора радіоактивне забруднення місцевості носить, в основному, локальний характер і в умовах реального розміщення стартів не може становити небезпеки для населення, оскільки забруднені території будуть повністю знаходитись в границях полігонів. За рівнем допустимих концентрацій радіонуклідів в повітрі (від 13 10 − до 16 10 − ) границі поширення хмари можуть складати до декількох десятків км. Однак повне осідання часток відбудеться за час, який не перевищує кількох годин, а рівень зовнішнього опромінення (потужність дози) на цих відстанях буде суттєво нижче від допустимих значень. При тепловому вибуху ЯР на орбіті сумарна активність осколків ділення буде залежати від потужності і тривалості роботи ЯР (табл.10.11). Таблиця 10.11 Питома активність осколків в залежності від тривалості роботи ЯР (при нульовій витримці) Час роботи, дні 30 60 90 120 150 180 360 720 Активність, Ki/кВт 2382 2472 2528 2566 2593 2614 2673 2711 Тепловий вибух ядерного реактора в космосі приведе до збільшення загальної маси «космічного сміття». Частина радіоактивних фрагментів, які утворюються з часом (в залежності від висоти їх орбіти і маси) ввійде в щільні шари атмосфери і в більшості своїй згорить. І лише невелика їх частина може досягти поверхні Землі. Враховуючи фрагментацію конструкції ядерного реактора і розподіл фрагментів в результаті розльоту при вибуху в достатньо великій області космічного простору, можна вважати, що небезпека радіоактивного забруднення верхніх шарів атмосфери, а в подальшому земної поверхні буде значно нижчою, ніж при безпосередньому поверненні в атмосферу всієї установки. Основна небезпека буде зумовлена збільшенням вірогідності их фрагментів з діючими космічними об’єктами.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Дія вибухів виробів з ЯЕУ на навколишнє середовище» з дисципліни «Екологія, авіація і космос»
