Причинами проектных аварий, как правило, являются исходные события, связанные с нарушением барьеров безопасности, предусмотренных проектом каждого реактора. Именно в расчете на эти исходные события и строится система безопасности АЭС.
Первый тип аварий - нарушение первого барьера безопасности, а проще - нарушение герметичности оболочек твэлов (тепловыделяющих элементов) из-за кризиса теплообмена или механических повреждений. Кризис теплообмена - это нарушение температурного режима (перегрев) твэлов.
Второй тип аварий - нарушение первого и второго барьеров безопасности. При попадании радиоактивных продуктов в теплоноситель вследствие нарушения первого барьера дальнейшее их распространение останавливается вторым, который образует корпус реактора.
Третий тип аварий - нарушение всех барьеров безопасности. При нарушенных первом и втором барьерах теплоноситель с радиоактивными продуктами деления удерживается от выхода в окружающую среду третьим барьером - защитной оболочкой реактора. Под ним понимается совокупность всех конструкцией, систем и устройств, которые должны с высокой степенью надежности обеспечить локализацию выбросов.
Ядерную аварию может вызвать также образование критической массы при перегрузке, транспортировке и хранении твэлов. всех барьеров безопасности.
Основными поражающими факторами радиационных аварий являются:
· воздействие внешнего облучения (гамма - и рентгеновского; бета - и гамма-излучения; гамма - нейтронного излучения и др.);
· внутреннее облучение от попавших в организм человека радионуклидов (альфа - и бета-излучение);
· сочетанное радиационное воздействие как за счет внешних источников излучения, так и за счет внутреннего облучения;
· комбинированное воздействие как радиационных, так и нерадиационных факторов (механическая травма, термическая травма, химический ожог, интоксикация и др.).
После аварии на радиоактивном следе основным источником радиационной опасности является внешнее облучение. Ингаляционное поступление радионуклидов в организм практически исключено при правильном и своевременном применении средств защиты органов дыхания.
Внутренне облучение развивается в результате поступления радионуклидов в организм с продуктами питания и водой. В первые дни после аварии наиболее опасны радиоактивные изотопы йода, которые накапливается щитовидной железой. Наибольшая концентрация изотопов йода обнаруживается в молоке, что особенно опасно для детей.
Через 2-3 месяца после аварии основным агентом внутреннего облучения становится радиоактивный цезий, проникновение которого в организм возможно с продуктами питания. В организм человека могут попасть и другие радиоактивные вещества (стронций, плутоний), загрязнение окружающей среды которыми имеет ограниченные масштабы.
Характер распределения радиоактивных веществ в организме:
· накопление в скелете (кальций, стронций, радий, плутоний);
· концентрируются в печени (церий, лантан, плутоний и др.);
· равномерно распределяются по органам и системам (тритий, углерод, инертные газы, цезий и др.);
· радиоактивный йод избирательно накапливается в щитовидной железе (около 30%), причем удельная активность ткани щитовидной железы может превышать активность других органов в 100-200 раз.
Основными параметрами, регламентирующими ионизирующее излучение, является экспозиционная, поглощенная и эквивалентная дозы.
Экспозиционная доза - основана на ионизирующем действия излучения, это - количественная характеристика поля ионизирующего излучения. Единицей экспозиционной дозы является рентген (Р). При дозе 1Р в 1см2 воздуха образуется 2,08 · 109 пар ионов. В международной системе СИ единицей дозы является кулон на килограмм (Кл/кг) · 1Кл/кг=3876 Р.
радиационная авария облучение дозиметрический
Поглощенная доза - количество энергии, поглощенной единицей массы облучаемого вещества. Специальной единицей поглощенной дозы является 1 рад. В международной системе СИ - 1 Грей (Гр).1 Гр=100 рад.
Эквивалентная доза (ЭД) - единицей измерения является бэр. За 1 бэр принимается такая поглощенная доза любого вида ионизирующего излучения, которая при хроническом облучении вызывает такой же эффект, что и 1 рад рентгеновского или гамма-излучения. В международной системе СИ единицей ЭД является Зиверт (Зв).1 Зв равен 100 бэр.
Организм человека постоянно подвергается воздействию космических лучей и природных радиоактивных элементов, присутствующих в воздухе, почве, в тканях самого организма. Уровни природного излучения от всех источников в среднем соответствуют 100 мбэр в год, но в отдельных районах - до 1000 мбэр в год.
В современных условиях человек сталкивается с превышением этого среднего уровня радиации. Для лиц, работающих в сфере действия ионизирующего излучения, установлены значения предельно допустимой дозы (ПДД) на все тело, которая при длительном воздействии не вызывает у человека нарушения общего состояния, а также функций кроветворения и воспроизводства (таблица №2)
Таблица № 2. Значение предельно допустимых концентраций некоторых радиоактивных веществ и предельно допустимых доз облучения людей
| Предельно допустимые концентрации радиоактивности | ||||
| Предельно допустимые значения критериев | ||||
| Йод-131 | Цезий-137 | Стронций-90 | Плутоний-239,240 | |
| В почве Ки/км | - | 1 | 0,3 | 0,1 |
| В воде Ки/л | 1· 10-8 | 1,5 · 10-8 | 4,0 · 10-8 | 5,2 · 10-9 |
| В воздухе Ки/л | 1,5 · 10-13 | 4,9 · 10-14 | 4,0 · 10-14 | 3,0 · 10-17 |
| Предельно допустимые дозы облучения людей | |
| Персонал радиационно-опасных объектов | 20 мЗв (2 бэр) в год в среднем за любые 5 лет, но не более 50 мЗв (5 бэр) в год. |
| Население | 1 мЗв (0,1 бэр) в год в среднем за любые 5 лет, но не более 5 мЗв (0,5бэр) в год |
| Лица, привлекаемые к ликвидации последствий аварии | 200 мЗв (20 бэр) за время работы |
Международная комиссия по радиационной защите (МКРЗ) рекомендовала в качестве предельно допустимой дозы (ПДД) разового аварийного облучения 25 бэр и профессионального хронического облучения-до 5 бэр в год и установила в 10 раз меньшую дозу для ограниченных групп населения.
Для оценки отдаленных последствий действия излучения в потомстве учитывают возможность увеличения частоты мутаций. Доза излучения, вероятнее всего удваивающая частоту самопроизвольных мутаций, не превышает 100 бэр на поколение. Генетически значимые дозы для населения находятся в пределах 7-55 мбэр/год.
При общем внешнем облучении человека дозой в 150-400 рад развивается лучевая болезнь легкой и средней степени тяжести; при дозе 400-600 рад - тяжелая лучевая болезнь; облучение в дозе свыше 600 рад является абсолютно смертельным, если не используются меры профилактики и терапии.
При облучении дозами 100-1000 рад в основе поражения лежит так называемый костномозговой механизм развития лучевой болезни. При общем или локальном облучении живота в дозах 1000-5000 рад - кишечный механизм развития лучевой болезни с превалированием токсемии
При остром облучении в дозах более 5000 рад развивается молниеносная форма лучевой болезни. Возможна смерть "под лучом" при облучении в дозах более 20 000 рад. При попадании в организм радионуклидов, происходит инкорпорирование радиоактивных веществ. Опасность инкорпорации определяется особенностями метаболизма, удельной активностью, путями поступления радионуклидов в организм. Наиболее опасны радионуклиды, имеющие большой период полураспада и плохо выводящиеся из организма, на пример радий-266, плутоний-239. На поражающий эффект влияет место депонирования радионуклидов: стронций-89 и стронций-90 - кости; цезий-137 - мышцы. Места депонирования наиболее опасных радионуклидов представлены в таблице №2.
Таблица № 3. Места накопления радионуклидов в организме человека
| Органы (ткани) человека | Радионуклиды |
| Легкие | Криптон-85; плутон-238,239; радон-222; уран-233; ксенон-133,135 |
| Щитовидная железа | Йод-129,131; технеций-99 |
| Печень | Цезий-137; кобальт-58,60; нептуний-239; плутоний-238,239,241 |
| Кожа | Сера-35 |
| Селезенка | Полоний-210 |
| Почки | Цезий-134,137; рутений-106 |
| Яичники | Барий-140; цезий-134,137; кобальт-58,60; йод-131; криптон-85; плутоний-239; калий-40,42; рутений-106; иттрий-90; цинк-65 |
| Кости | Барий-140; углерод-14; европий-154,155; фосфор-32; плутоний-238,239,241; прометий-147; радий-226; стронций-89,90; торий-234; уран-233; иттрий-90; цинк-65 |
| Мышцы | Цезий-134,137; европий-154,155; калий-40,42 |
При авариях на ядерно-опасных объектах суммарную дозу облучения населения можно условно представить следующим образом:
Д = Д внешн (ом) +Д внешн (к) +Д внутр (ингал) +Д внутр (пища, вода),
Где Д внешн (ом) - доза внешнего облучения соответственно от радиоактивного облака и загрязненной местности;
Д внешн (к) - доза внешнего облучения от радиоактивной пыли, попавшей на кожные покровы человека;
Д внутр (ингал) - доза внутреннего облучения, полученная через органы дыхания (йод-131);
Д внутр (пища, вода) - доза внутреннего облучения, полученная с пищей и водой, загрязненными радионуклидами долгоживущих элементов (цезия, стронция, плутония)
Приборы, предназначенные для обнаружения и измерения радиоактивных излучений, называются дозиметрическими. Их основными элементами являются: воспринимающее устройство, усилитель ионизационного тока, измерительный прибор, преобразователь напряжения, источник тока.