3.3.3. Выбросы объектов атомной энергетики

Для всех технологических процессов объектов ядерной энергетики характерной особенностью является присутствие источников радиационного риска, обусловленного выбросами и сбросами радиоактивности, которые при определенных условиях могут приводить к негативным воздействиям на человека и окружающую среду.

Радиоактивные выбросы в атмосферу подразделяются на два типа – газовые и аэрозольные. Жидкие радиоактивные сбросы, содержащие вредные примеси, бывают в виде растворов или мелкодисперсных смесей. Возможны и промежуточные ситуации, как при некоторых авариях, когда горячая вода выбрасывается в атмосферу и разделяется на пар и воду.

Выбросы и сбросы могут быть как регламентными (постоянными или периодическими), находящимися под контролем эксплуатационного персонала, так и аварийными (как правило, залповыми). Включаясь в многообразные движения атмосферы, поверхностных и подземных потоков, радиоактивные и токсические вещества распространяются в окружающей среде, попадают в растения, в организмы животных и человека. На рис. 3.16 показаны воздушные, поверхностные и подземные пути миграции вредных веществ в окружающей среде. Вторичные, менее значимые для нас пути, такие как ветровой перенос пыли и испарений, на рисунке не показаны.

Важно отметить, что радиоактивные вещества мигрируют в окружающей среде в большей или меньшей степени независимо от режима их поступления в окружающую среду при нормальных условиях эксплуатации объектов атомной энергетики или при аварийных ситуациях (рис. 3.17).

В процессе производства энергии из ядерного топлива на практике выделяется ряд стадий, объединенных в ЯТЦ.

В условиях нормальной эксплуатации АЭС выбросы радионуклидов во внешнюю среду незначительны и состоят в основном из радионуклидов йода и инертных радиоактивных газов (ИРГ): ксенона (Хе), криптона (Кr). Максимальный вклад в ожидаемую эффективную дозу (80–90%) на всех расстояниях от АЭС вносят радиоактивные благородные газы 13 Хе, 135 Хе за счет облучения от облака. Около 5–15% дозы население получает за счет питания (радионуклиды 131 I, 137 Cs, 90 Sr) и около 5% за счет облучения от почвы (радионуклиды 1 1 I, 1 7 Cs, 9 0 Sr). Остальные пути воздействия и радионуклиды в формирование дозы вносят существенно меньший вклад. Доза за счет нормальной эксплуатации АЭС более чем на 4 порядка ниже дозы от общего радиационного фона и составляет десятые доли мкЗв/год.

При аварийных выбросах в большинстве случаев в острый период протекания аварии основным дозообразующим радионуклидом являются радиоактивные изотопы йода. На небольших расстояниях от АЭС (несколько килиметров) суммарная эффективная доза в основном формируется за счет фотонного облучения от поверхности почвы. С увеличением расстояния от источника выброса вклад этого пути в формирование суммарной дозы уменьшается. Возрастает роль облучения от облака, основным дозообразующим нуклидом при этом служит 1 3 Хе. С течением времени (после распада и рассеяния указанных нуклидов) формирование дозы определяется радионуклидами 137 Cs, 90 Sr. При авариях с плавлением топлива и разрушением локализующих систем значительный вклад в загрязнение окружающей территории и в дозовые нагрузки на население могут вносить другие продукты деления и трансуроновые элементы.

Рис. 3.16. Пути воздействия радиоактивных отходов АЭС на человека

Долгое время считалось, что наиболее важным показателем радиационной опасности является общий уровень внешнего облучения. В действительности при эксплуатации

АЭС внешнее поражение организма (лучевая болезнь) возникает лишь при авариях и катастрофах. Вместе с тем при обычных условиях эксплуатации станции происходит каждодневное поступление небольших количеств радионуклидов, которые способны постепенно накапливаться в органах, тканях живых организмов, а также в почвах, водоемах и других элементах окружающей среды, что происходит в результате геохимической миграции радиоактивных веществ (см. рис. 3.17). При этом концентрация долгоживущих радионуклидов с течением времени может возрастать в тысячи и даже сотни тысяч раз. Это хорошо изученное в экологии явление получило название «биологической аккумуляции радиоактивности».

Рис. 3.17. Общая схема миграции радиоактивных веществ в окружающей среде

Дополнительную сложность выяснению эффекта биоаккумуляции придает то, что внутри организма радионуклиды распределены обычно неравномерно. Одни (например тритий, радиоуглерод, рубидий-87, цезий-137) распределяются более или менее равномерно, другие концентрируются в определенных органах (например стронций – в костях).

Один из самых распространенных в выбросах АЭС радионуклид 137 Cs очень быстро мигрирует в пищевых цепочках и, попадая в организм человека, задерживается в мускульных клетках, являясь причиной одной из разновидностей раковых заболеваний – саркомы.

В последние десятилетия появились исследования, посвященные анализу влияния на человека и окружающую срелу трития (Т), образующегося в технологических циклах АЭС. Особую роль трития в вопросах обеспечения радиационной безопасности АЭС определяют следующие факторы:

• содержание Т в жидких сбросах при нормальной работе АЭС намного превосходит по абсолютному значению содержание всех остальных нуклидов, а в газообразных выбросах в окружающую среду количество Т уступает только количеству ИРГ;
• в отличие от химически инертных радиоактивных газов инкорпорированный Т эффективно включается в состав биологической ткани и является потенциальным источником мутагенных нарушений как за счет β -излучения средней энергии (5,8 кэВ), так и за счет нарушения молекулярных связей, вызванных заменой изотопа водорода (Н) нейтральным гелием (Не), образовавшимся в результате распада Т;
• тритий обладает большим периодом полураспада (12,4 лет) и вследствие этого является глобальным загрязнителем природных комплексов.

Благодаря химической эквивалентности обычному водороду тритий в форме сверхтяжелой воды накапливается в технологических водах АЭС, поступая из них в водоем-охладитель, а затем в близлежащие водоемы, подземные воды, приземный слой атмосферы. Повышенные концентрации этого радиоизотопа зафиксированы в природных средах в зонах влияния многих АЭС (табл. 3.5).

За счет миграции загрязнение тритием грунтовых вод происходит при нормальной эксплуатации всех легководных АЭС. Определенный интерес представляют данные о наличии трития в зонах расположения радиоактивных отходов. Такие исследования в последние годы проводились, в частности, в России и Украине.

В 2000–2005 гг. была проведена специальная оценка содержания трития в зонах строгого режима и районах расположения российских Благовещенского, Нижегородского, Мурманского, Свердловского и Челябинского спецкомбинатов «Радон». Было установлено, что контакт воды с РАО в емкости хранилищ твердых радиоактивных отходов (ТРО) приводит к образованию жидких тритиевых отходов. Тритий выходит за пределы хранилища ТРО и обнаруживается в воде контрольных скважин санитарно-защитной зоны предприятий в количествах, превышающих не только фоновые значения, но и уровень вмешательства, достигая в отдельных случаях уровня тритиевых отходов.

Таблица 3.5 Поступление трития в окружающую среду с газообразными и жидкими отходами АЭС, Ки/МВт (эл.)/год

* Цифры в скобках – поступление трития в ГБк/МВт (эл.)/год.

Однако до настоящего времени это не привело к загрязнению тритием поверхностных водоемов и источников питьевого водоснабжения в пятикилометровой зоне расположения спецкомбинатов. По данным мониторинга аналогичная ситуация прослеживается в районе расположения Киевского спецкомбината «Радон» в Украине.

Как следует из приведенных примеров, хранилища РАО представляют потенциальную опасность загрязнения окружающей среды тритием и нуждаются в радиоэкологическом мониторинге как в санитарно-защитной зоне, так и за ее пределами.

Безопасная работа АЭС может быть обеспечена при выполнении следующих требований:

• соблюдение принципа глубоко эшелонированной защиты, обеспечивающего максимально возможный перехват и фиксацию радиоактивных продуктов на пути их возможного выхода в окружающую среду, что достигается системой организационно-технических мер по радиационной безопасности и быстрому реагированию (системы контроля и мониторинга, специальные защитные барьеры, системы и технологии защиты барьеров и локализации загрязнений);
• создание и поддержание в рабочем состоянии систем локализации аварий, которые включают в себя герметичные ограждения – гермооболочки (специальные строительные конструкции с необходимым набором локализующих элементов, обеспечивающих проходку и транспорт грузов и людей);
• наличие массивных строительных конструкций, которые обеспечивают надежную защиту персонала и населения от ионизирующего излучения;
• постоянный контроль параметров среды в гермооболочке в процессе эксплуатации (давления, температуры, активности);
• наличие спринклерной системы, которая разбрызгивает холодную воду внутри гермооболочки, конденсирует образующийся при течах первого контура пар и тем самым снижает давление и температуру в оболочке (спринклерная система используется также для организации связывания йода, содержащегося в паре и воздухе герметичных помещений), других систем снижения давления и температуры в защитной оболочке, системы отвода тепла от защитной оболочки (в ряде новых проектов), системы борьбы с водородом, образующимся в процессе аварии;
• совершенствование системы обеспечения радиационной безопасности персонала АЭС и населения (в том числе контроль и мониторинг радиационной обстановки).

Сравнительные расчеты общего ущерба здоровью населения от воздействия ядерного и угольного топливных циклов (ЯТЦ и УТЦ), отнесенные к мощности 1 ГВт, убедительно свидетельствуют в пользу атомной энергетики, а именно:

• число случаев преждевременной смерти – 1 (ЯТЦ) и 300 (УТЦ);
• общее сокращение продолжительности жизни – 20 человек в год (ЯТЦ) и 1·10 4 (УТЦ);
• общие потери трудоспособности – 10 человек в год (ЯТЦ) и 7·10 3 (УТЦ).

В этих данных, свидетельствующих в пользу безопасности ЯТЦ, еще не учтен возможный ущерб здоровью от нераковых заболеваний, вызываемых неканцерогенными компонентами выбросов ТЭС (оксидом кислорода, азотом, ртутью, свинцом, кадмием и др.).

По статистическим сравнительным оценкам, проведенным в разных регионах, отмечается, что смертность от заболеваний, обусловленная воздействием на организм выбросов ТЭС, выше смертности от раковых заболеваний, связанных с утечкой радиоактивных веществ на АЭС.