Раздел 2. Гидроэнергетические ресурсы, их использование. Принципиальные схемы, параметры, режимы работы ГЭС и ГАЭС

Для всіх технологічних процесів на об'єктах ядерної енергетики характерною особливістю є присутність джерел радіаційного ризику, обумовленого викидами і скидами радіоактивності, які за певних умов можуть призводити до негативних впливів на людину і навколишнє середовище.

Радіоактивні викиди в атмосферу підрозділяються на два типи – газові та аерозольні. Рідкі радіоактивні скиди, що містять шкідливі домішки, бувають у вигляді розчинів або дрібнодисперсних сумішей. Можливі й проміжні ситуації, як при деяких аваріях, коли гаряча вода викидається в атмосферу і розділяється на пару і воду.

Викиди і скиди можуть бути як регламентними (постійними або періодичними), що знаходяться під контролем персоналу, так і аварійними (як правило, залповими). Включаючись у різноманітні рухи атмосфери, поверхневих і підземних потоків, радіоактивні та токсичні речовини поширюються в навколишньому середовищі, потрапляють у рослини, в організми тварин і людей. На мал. 3.16 показані повітряні, поверхневі та підземні шляхи міграції шкідливих речовин у навколишньому середовищі. Вторинні, менш значимі для нас шляхи, такі як вітрове перенесення пилу і випарів, на малюнку не показані.

Важливо відзначити, що радіоактивні речовини мігрують у навколишньому середовищі більшою чи меншою мірою незалежно від режиму їх надходження у навколишнє середовище – за нормальних умов експлуатації об'єктів атомної енергетики або при аварійних ситуаціях (мал. 3.17).

У процесі виробництва енергії з ядерного палива на практиці виділяється ряд стадій, об'єднаних у ЯПЦ.

В умовах нормальної експлуатації АЕС викиди радіонуклідів у зовнішнє середовище незначні й складаються в основному з радіонуклідів йоду та інертних радіоактивних газів (ІРГ): ксенону (Хе), криптону (Кr). Максимальний внесок в очікувану ефективну дозу (80–90%) на всіх відстанях від АЕС роблять радіоактивні благородні гази 133Хе, 135Хе за рахунок опромінення від хмари. Близько 5–15% дози населення отримує за рахунок харчування (радіонукліди 131I, 137Cs, 90Sr) і біля 5% за рахунок опромінення від грунту (радіонукліди 131I, 137Cs, 90Sr). Решта шляхів впливу і радіонукліди у формування дози роблять істотно менший внесок. Доза за рахунок нормальної експлуатації АЕС більш ніж на 4 порядки нижче дози від загального радіаційного фону і становить десяті частки мкЗв/рік.

Під час аварійних викидів у більшості випадків в гострий період протікання аварії основним дозоутворюючим радіонуклідом є радіоактивні ізотопи йоду. На невеликих відстанях від АЕС (кілька кілометрів) сумарна ефективна доза в основному формується за рахунок фотонного опромінення від поверхні грунту. Зі збільшенням відстані від джерела викиду внесок цього шляху у формування сумарної дози зменшується. Зростає роль опромінення від хмари, основним дозоутворюючим нуклідом при цьому служить 133Хе. З плином часу (після розпаду і розсіяння зазначених нуклідів) формування дози визначається радіонуклідами 137Cs, 90Sr. При аваріях з плавленням палива та руйнуванням локалізуючих систем значний внесок у забруднення навколишньої території і в дозові навантаження на населення можуть робити інші продукти поділу і трансуранові елементи.Довгий час вважалося, що найбільш важливим показником радіаційної небезпеки є загальний рівень зовнішнього опромінення. Насправді при експлуатації АЕС зовнішнє ураження організму (променева хвороба) виникає лише при аваріях та катастрофах. Разом з тим при звичайних умовах експлуатації станції відбувається щоденне надходження невеликих кількостей радіонуклідів, які здатні поступово накопичуватися в органах, тканинах живих організмів, а також у грунтах, водоймах та інших елементах навколишнього середовища, що відбувається в результаті геохімічної міграції радіоактивних речовин (див. мал. 3.17). При цьому концентрація довгоживучих радіонуклідів з плином часу може зростати в тисячі й навіть сотні тисяч разів. Це добре вивчене в екології явище отримало назву «біологічної акумуляції радіоактивності».

Мал. 3.16. Шляхи впливу радіоактивних відходів АЕС на людину

Мал. 3.17. Загальна схема міграції радіоактивних речовин у навколишньому середовищі

Додаткову складність щодо з'ясування ефекту біоакумуляції додає те, що всередині організму радіонукліди розподілені зазвичай нерівномірно. Одні (наприклад тритій, радіоуглерод, рубідій-87, цезій-137) розподіляються більш-менш рівномірно, інші концентруються в певних органах (наприклад стронцій – в кістках).

Один з найпоширеніших у викидах АЕС радіонуклід 137Cs дуже швидко мігрує у харчових ланцюгах і, потрапляючи в організм людини, затримується в м'язових клітинах, будучи причиною однієї з різновидів ракових захворювань – саркоми.

В останні десятиліття з'явилися дослідження, присвячені аналізу впливу на людину і навколишнє середовище тритію (Т), що утворюється в технологічних циклах АЕС. Особливу роль тритію в питаннях забезпечення радіаційної безпеки АЕС визначають наступні фактори:

• вміст Т в рідких скидах при нормальній роботі АЕС значно перевершує за абсолютним значенням зміст всіх інших нуклідів, а в газоподібних викидах в навколишнє середовище кількість Т поступається тільки кількості ІРГ;

• на відміну від хімічно інертних радіоактивних газів інкорпорований Т ефективно включається до складу біологічної тканини і є потенційним джерелом мутагенних порушень як за рахунок ?-випромінювання середньої енергії (5,8 кеВ), так і за рахунок порушення молекулярних зв'язків, викликаних заміною ізотопу водню (Н) нейтральним гелієм (Не), що утворився в результаті розпаду Т;

• тритій має великий період напіврозпаду (12,4 років) і внаслідок цього є глобальним забруднювачем природних комплексів.

Завдяки хімічній еквівалентності звичайному водню тритій у формі надважкої води накопичується в технологічних водах АЕС й надходить з них у водойму-охолоджувач, а потім в довколишні водойми, підземні води, приземний шар атмосфери. Підвищені концентрації цього радіоізотопа зафіксовані в природних середовищах в зонах впливу багатьох АЕС (табл. 3.5).

За рахунок міграції забруднення тритієм грунтових вод відбувається при нормальній експлуатації всіх легководних АЕС. Певний інтерес становляють дані про наявність тритію в зонах розташування радіоактивних відходів. Такі дослідження в останні роки проводилися, зокрема, в Росії та Україні.

У 2000–2005 рр. була проведена спеціальна оцінка вмісту тритію в зонах суворого режиму і районах розташування російських Благовіщенського, Нижньогородського, Мурманського, Свердловського та Челябінського спецкомбінатів «Радон».

Таблиця 3.5 Надходження тритію в навколишнє середовище з газоподібними та рідкими відходами АЕС, Кі МВт (ел.) рік

* Цифри в дужках – надходження тритію в ГБк/МВт (ел.)/рік.

Було встановлено, що контакт води з РАВ в ємності сховищ твердих радіоактивних відходів (ТРВ) призводить до утворення рідких тритієвих відходів. Тритій виходить за межі сховища ТРВ і виявляється у воді контрольних свердловин санітарно-захисної зони підприємств у кількостях, що перевищують не тільки фонові значення, але і рівень втручання, досягаючи в окремих випадках рівня тритієвих відходів.

Однак до цього часу це не призвело до забруднення тритієм поверхневих водойм та джерел питного водопостачання в п'ятикілометровій зоні розташування спецкомбінатів. За даними моніторингу аналогічна ситуація простежується в районі розташування Київського спецкомбінату «Радон» в Україні.

Як випливає з наведених прикладів, сховища РАВ становлять потенційну небезпеку забруднення навколишнього середовища тритієм і потребують радіоекологічного моніторингу як в санітарно-захисній зоні, так і за її межами.

Безпечна робота АЕС може бути забезпечена при виконанні наступних вимог:

• дотримання принципу глибоко ешелонованої захисту, що забезпечує максимально можливе перехоплення та фіксацію радіоактивних продуктів на шляху їх можливого виходу в навколишнє середовище, що досягається системою організаційно-технічних заходів з радіаційної безпеки та швидкого реагування (системи контролю та моніторингу, спеціальні захисні бар'єри, системи і технології захисту бар'єрів і локалізації забруднень);

• створення і підтримка в робочому стані систем локалізації аварій, які включають в себе герметичні огородження – гермооболонки (спеціальні будівельні конструкції з необхідним набором локалізуючих елементів, що забезпечують прохід і транспорт вантажів і людей);

• наявність масивних будівельних конструкцій, які забезпечують надійний захист персоналу та населення від іонізуючого випромінювання;

• постійний контроль параметрів середовища в гермооболонці в процесі експлуатації (тиску, температури, активності);

• наявність спринклерної системи, яка розбризкує холодну воду всередині гермооболонки, конденсує пар, який утворюється при течах першого контуру і тим самим знижує тиск і температуру в оболонці (спринклерна система використовується також для організації зв'язування йоду, що міститься в парі та повітрі герметичних приміщень), інших систем зниження тиску і температури в захисній оболонці, системи відводу тепла від захисної оболонки (у ряді нових проектів), системи боротьби з воднем, що утворюється в процесі аварії;

• удосконалення системи забезпечення радіаційної безпеки персоналу АЕС і населення (у тому числі контроль і моніторинг радіаційної обстановки).

Порівняльні розрахунки загального збитку здоров'ю населення від впливу ядерного і вугільного паливних циклів (ЯПЦ і ВПЦ), віднесені до потужності 1 ГВт, переконливо свідчать на користь атомної енергетики, а саме:

• число випадків передчасної смерті – 1 (ЯПЦ) і 300 (ВПЦ);

• загальне скорочення тривалості життя – 20 осіб на рік (ЯПЦ) і 1 · 104 (ВПЦ);

• загальні втрати працездатності – 10 осіб на рік (ЯПЦ) і 7 · 103 (ВПЦ).

У цих даних, що свідчать на користь безпеки ЯПЦ, ще не враховано можливі збитки здоров'ю від неракових захворювань, що викликаються неканцерогенними компонентами викидів ТЕС (оксидом кисню, азотом, ртуттю, свинцем, кадмієм та ін.) За статистичними порівняльними оцінками, проведеними в різних регіонах, відзначається, що смертність від захворювань, обумовлена впливом на організм викидів ТЕС, вище смертності від ракових захворювань, пов'язаних з витоком радіоактивних речовин на АЕС.