Выброс радионуклидов

26 апреля 1986 года на четвертом энергоблоке Чернобыльской атомной электростанции в бывшей Украинской Республике Союза Советских Социалистических Республик, недалеко от нынешних границ Беларуси, Российской Федерации и Украины произошла наиболее серьезная авария в истории ядерной промышленности. Реактор был разрушен, и в течение последующих девяти дней произошли значительные выбросы радиоактивных материалов в окружающую среду.

Суммарная активность всего радиоактивного материала, выброшенного во время аварии, составляет согласно оценкам, около 1,2 х 10¹⁹ Бк, включая около 7 х 10¹⁸ Бк активности инертных газов. В выбросах содержалось около 3 % топлива, находившегося в реакторе во время аварии, а также до 100% инертных газов и 20-60% летучих радионуклидов. Эта современная оценка активности на момент выброса превышает оценку активности, предложенную в 1986 году компетентными органами бывшего СССР, которая была сделана в пересчете на 6 мая 1986 года.

Радионуклидный состав материала, выброшенного во время аварии, являлся сложным. Наибольшее значение с радиологической точки зрения имеют радиоактивные изотопы йода и цезия: изотопы йода, имеющие короткий период полураспада, оказывали наибольшее радиационное воздействие в начальный период аварии; изотопы цезия и стронция, периоды полураспада которых составляют десятки лет, будут оказывать большее радиационное воздействие в последующий период. Оценки активности количеств основных радионуклидов, содержащихся в выбросах следующие: ¹³¹I ~ 1,3-1.8* 10¹⁸ Бк; ¹³⁴Cs ~ 0,05* 10¹⁸ Бк; ¹³⁷Cs ~ 0,09* 10¹⁸ Бк. Эти величины соответствуют примерно 50-60% ¹³¹I, содержавшегося в активной зоне реактора в момент аварии, и около 20-60% двух радиоактивных изотопов цезия .

Содержавшиеся в выбросах в атмосферу радиоактивные вещества широко распространились в атмосфере и в конечном итоге выпали на поверхность земли. Их можно было измерить практически во всем Северном полушарии. Большая часть радиоактивности выпала в районах, прилегающих к площадке станции, причем плотность выпадения была весьма неодинаковой. Площади территорий Беларуси, России и Украины, на которых измеренные уровни активности ¹³⁷Cs превышают 37 кБк* м^-2 составляют, согласно оценкам, соответственно 46500 км², 57000 км² и 41800 км²

Исходное состояние блока непосредственно перед аварией на 01 ч 23 мин 26.04.1986 г. характеризовалось следующим: мощность 200 МВт (тепл.), оперативный запас реактивности 8 стержней ручного регулирования. Ни мощность реактора, ни другие параметры реакторной установки не требовали какого-либо вмешательства ни персонала, ни автоматических устройств на протяжении периода от начала испытаний (разработанного для оценки возможности использования энергии вращения турбины в случае потери внешней электроэнергии) до нажатия кнопки АЗ-5 аварийного останова реактора (01 ч 23 мин 40 с).

Движение стержней аварийной защиты и ручного регулирования, начавшееся по команде АЗ-5, вызвало значительные деформации поля энерговыделения реактора. Локальный рост энерговыделения после нажатия кнопки АЗ-5 таков, что за время порядка 5 секунд наблюдается рост суммарной мощности реактора в несколько десятков раз по сравнению с исходным.

Это привело к разрушению реакторного блока, выбросу радионуклидов из активной зоны. Потеря охлаждения остатков активной зоны создала условия для разогрева отработавшего топлива за счет остаточного энерговыделения и условий для дальнейшего выброса радионуклидов.

Поскольку все штатные системы контроля реакторного блока были разрушены, то необходимо было организовать сбор информации о состоянии разрушенной зоны, степени ее разрушения, радиационных полях, температуре.

За счет остаточного энерговыделения и горения графитовых блоков температура отработанного топлива превышала 2000 С⁰. В результате происходило активное диспергирование топлива и выброс радионуклидов с конвенционными потоками воздуха на высоту до 3000 м.

Основная причина аварии

Основная причина аварии

Основной причиной аварии на Чернобыльской АЭС явилось сочетание серьезных недостатков конструкции реактора с нарушением процедур при его остановке.

Отсутствие "культуры безопасности" в ответственных организациях Советского Союза привело к неспособности исправить эти недостатки конструкции, несмотря на то, что о них было известно и до аварии.

В дополнение к этим особенностям, имеющим непосредственное отношение к причинам аварии, первоначальной конструкции станций с реакторами РБМК (легководные советские реакторы с графитовым замедлителем) были свойственны и другие недостатки. В частности, первоначальная конструкция реакторов РБМК первого поколения не обеспечивает достижения существующих в настоящее время целей безопасности. Кроме того, внимания требуют и другие недостатки, такие, как неполная защитная оболочка.

Первоначальные меры по реагированию были предприняты с целью поставить под контроль выбросы радиоактивных материалов, заняться обломками реактора, а впоследствии приступить к строительству так называемого “саркофага” для укрытия остатков активной зоны реактора, которое было завершено в ноябре 1986 года.

Для уменьшения выброса и исключения возможности возникновения самоподдерживающей цепной реакции деления (СЦРД) в развал реактора с вертолетов было сброшено около 5000 т различных материалов:

Для уменьшения выброса и исключения возможности возникновения самоподдерживающей цепной реакции деления (СЦРД) в развал реактора с вертолетов было сброшено около 5000 т различных материалов:

2400 т свинца (для охлаждения топлива),

40 т карбида бора (для предупреждения возникновения СЦРД),

800 т доломита (для выделения углекислого газа, уменьшения горения графита),

1800 т песка и глины (для фильтрации радиоактивного выброса).

Кроме того, для охлаждения активной зоны осуществлялась подача воды через остатки аварийных систем охлаждения.

Другая проблема срочного реагирования состояла в предотвращении прожигания опорной плиты реактора и попадания расплава в заполненные радиоактивной водой (как предполагалось) подреакторные помещения. С этой целью был проложен туннель под разрушенный реактор, была откачана вода и создана система охлаждения опорной плиты реактора жидким азотом.

В дальнейшем была проведена частичная дезактивация ближайшей территории и к ноябрю 1986 года построено уникальное сооружение “Укрытие”, которое обеспечило восстановление частичного контроля над аварийным источником.

Принятые в связи с аварией контрмеры осуществлялись с привлечением большого числа действовавших по специальному заданию работников, включая операторов станции, добровольцев из аварийных служб, таких, как пожарные и военные, а также многих людей не являвшихся квалифицированными специалистами. Всех этих людей стали называть, используя русский термин, "ликвидаторами". В течение 1986-1987 годов, когда уровень радиационного облучения был наивысшим, в районе Чернобыля работало около 200 000 "ликвидаторов". Они входили в число 600.000-800.000 человек, которые были зарегистрированы в качестве участников мероприятий по смягчению последствий аварии. Это число включает также лица, которые принимали участие в очистке после аварии (включая очистку территории вокруг реактора, сооружение саркофага, дезактивацию, строительство дорог, уничтожение и захоронение загрязненных зданий, лесов и оборудования), а также многих других людей различных профессий, которые работали на территориях, обозначенных как “загрязненные”, и получили в основном низкие дозы.

Принятые меры по локализации аварии способствовали уменьшению выброса из разрушенного реактора, и, тем не менее, активность выброса составила 1,2^.10¹⁹ Бк (300 МКи), что привело к существенному радиоактивному загрязнению огромной территории, где проживают более 7 млн. человек.

Срочные меры по защите населения

Предварительное решение об эвакуации г. Припять, который расположен менее чем в 3 км от ЧАЭС, было принято во второй половине дня 26 апреля 1986 г., когда мощность дозы в отдельных местах города достигла нескольких мЗв/час. К 21.00 26 апреля 1986 г. в районе г. Чернобыль (12 км от г. Припять) было сосредоточено 1350 многоместных автобусов, подтянуты к г. Припять 2 железнодорожных состава и 3 теплохода. В 22.00 Минздрав СССР принял решение о необходимости экстренной эвакуации города. Полусуточный простой городских автобусов в 12 - 15 км от мощного источника радиоактивных выбросов загрязнил транспорт и привел, после его возвращения в Киев, к загрязнению города. Организованная эвакуация населения г. Припять и железнодорожной станции Янов (соответственно 49360 и 254 человека), в том числе около 17 тыс. детей и 80 лежачих больных, была проведена с 14.00 до 17.00 27 апреля 1986 года.

На основании данных аэросъемки, мобильных радиометрических лабораторий, радиометрической разведки к началу мая была в целом оценена радиационная обстановка на расстоянии до 1000 км вокруг станции. В соответствии с этим 2 мая началась и 7 мая закончилась эвакуация из ближайшей зоны. Решение об эвакуации было принято для населенных пунктов в пределах изолиний 0,05 мЗв/час, где расчетные дозы облучения за первый год после аварии могли превысить 0,1 Зв, величину установленную Министерством здравоохранения СССР для эвакуации. В эту зону попали 76 населенных пунктов на Украине и 50 в Беларуси, эвакуация из которых проводилась в несколько этапов.

Всего к концу августа 1986 года из 188 населенных пунктов Беларуси, России и Украины было эвакуировано около 116 000 человек. Одновременно из 30-километровой зоны ЧАЭС было вывезено 60 тысяч голов крупного рогатого скота и других сельскохозяйственных животных.

В целом, несмотря на ряд проблем, связанных с отсутствием предварительно разработанных планов эвакуации большого количества людей экстренная эвакуация населения в тот период прошла в сжатые сроки и достаточно организованно.

Население городов Припять и Чернобыль было обеспечено жильем в городах Украины, преимущественно в Киеве и Чернигове, 1040 семей было эвакуировано за пределы Украины: в Молдавию, Прибалтику, Российскую Федерацию.

Йодная профилактика в г. Припять начала проводиться с утра 26 апреля 1986 г. В других населенных пунктах она была существенно задержана, но в целом йодная профилактика проведена для 5 млн. человек, в том числе 1,6 млн. детей.

Практически полное неиспользование такой эффективной защитной меры как укрытие, задержка широкого использования йодной профилактики вызваны в основном режимом секретности вокруг всех проблем Чернобыльской аварии. Это исключало широкое оповещение население об опасности облучения, связанного с выбросами радионуклидов и привело к дополнительному облучению населения.

Однако необходимо отметить что, тем не менее, основная задача краткосрочного периода оценки и реагирования на аварию была решена - среди населения были только единичные случаи детерминистских эффектов облучения. По критерию внешнего облучения, эвакуация была сделана своевременно, а по критерию облучения щитовидной железы - с опозданием. Этот факт послужил основанием к коррекции национальных планов аварийного реагирования.

Практическое отсутствие детерминистских эффектов облучения, прежде всего, связано с тем, что первый выброс был направлен в малонаселенную область, а не на г. Припять с 50000 населением. Кроме того, высота выброса достигала 3000 м, что привело к загрязнению большей территории, но с меньшей плотностью загря знения.

Долгосрочные меры по защите населения

На этом этапе основная задача минимизировать дозы облучения населения и персонала за период 50-70 лет.

Контрмеры по уменьшению внешнего облучения. В ранний послеаварийный период, когда еще было много короткоживущих гамма-излучателей, в наиболее загрязненных территориях проводился большой объем работ по уменьшению доз внешнего облучения. Это переселение, снятие верхнего слоя почв наиболее загрязненных территорий в местах наиболее частого пребывания людей, дезактивация зданий, замена загрязненных крыш и конструкций, асфальтирование дорог и т.д.

В ранний послеаварийный период, когда еще было много короткоживущих гамма-излучателей, в наиболее загрязненных территориях проводился большой объем работ по уменьшению доз внешнего облучения. Это переселение, снятие верхнего слоя почв наиболее загрязненных территорий в местах наиболее частого пребывания людей, дезактивация зданий, замена загрязненных крыш и конструкций, асфальтирование дорог и т.д.

Наиболее эффективной по критерию уменьшения дозы облучения была дезактивация школьных территорий (снятие верхнего слоя почв, твердого покрытия игровых площадок, дезактивация зданий с использованием поверхностно-активных веществ и т.д.), которая привела (по данным прямых измерений) к уменьшению мощности дозы внешнего облучения для детей, проводящих много времени в этих местах, в среднем, на 30%.

Аналогичный комплекс работ, проводимый в сельских населенных пунктах с целью уменьшения доз внешнего облучения, не дал достоверных значений уменьшения дозы облучения по результатам прямых измерений. Теоретические расчеты подтвердили, что суммарная эффективность работ по критерию уменьшения дозы внешнего облучения ниже 10% (на период 1989 года). В последующее периоды времени, когда основным источником внешнего облучения стал ¹³⁷Сs, дезактивация территорий по критерию уменьшения дозы внешнего облучения еще менее эффективна.

В условиях города наиболее широко применяемыми мероприятиями по уменьшению доз внешнего облучения в 1986 году было: ежедневное мытье дорог, тротуаров и дворовых площадок с твердым покрытием (по г. Киев это составляло площадь около 25 км²);

Многие реализованные контрмеры (например, вывоз листьев, ликвидация пятен с высоким уровнем загрязнения и т.д.) могут быть отнесены к высокоэффективным по критерию уменьшения чувства беспокойства у населения. Опыт Чернобыля показал, что степень целесообразности тех или иных действий не всегда должна базироваться только на величине предотвращенной дозы.

Контрмеры по уменьшению доз внутреннего облучения. Более 50% дозы внутреннего облучения на загрязненных территориях Украины определяется содержанием радиоцезия в молоке. Поэтому замена местного молока и остальных продуктов питания на “чистые” обеспечила существенное уменьшение доз внутреннего облучения.

Более 50% дозы внутреннего облучения на загрязненных территориях Украины определяется содержанием радиоцезия в молоке. Поэтому замена местного молока и остальных продуктов питания на “чистые” обеспечила существенное уменьшение доз внутреннего облучения.

Оценка дозовой эффективности ограничения потребления продуктов питания местного производства была проведена на примере Дубровицкого района Ривненской области (54 населенных пункта, оценки проводились для взрослого населения общей численностью около 50 тыс. человек).

Для расчета доз использовалась информация о плотности загрязнения территорий ¹³⁷Cs, модель внутреннего облучения с учетом содержания радиоцезия в продуктах местного производства (ситуация без контрмер) и модель по реальным результатам измерений содержания радиоцезия в теле жителей этого региона.

Значения коллективных доз за 1991 год показали, что "ожидаемая" (без контрмер) коллективная доза внутреннего облучения должна была быть 2.5 чел.-Зв, а "реальная" коллективная доза составила 0.21 чел.-Зв. Поэтому ограничение потребления продуктов питания местного производства и другие контрмеры приводят к уменьшению до 11 раз дозы внутреннего облучения.

 Переселение. Первый этап переселения начался летом 1986 года, когда была уточнена радиационная обстановка в районе Чернобыля. Тогда было дополнительно эвакуировано около 3 тыс. человек из 15 населенных пунктов. Основной этап переселения начался после проведения комплексного мониторинга загрязненных территорий и оценки ожидаемых эффективных доз облучения за счет потребления местных продуктов питания, в основном мяса и молока. Правительством были приняты ряд нормативных документов по защите населения в связи с аварией и переселением в “чистые” районы с полной денежной компенсацией оставляемых построек и с предоставлением жилья за счет государства.

Планирование отселения производилось по критерию эффективной дозы за год (D_эфф * 5 мЗв). Эта доза была определена по упрощенной методике, что привело к большому значению коэффициента консервативности при определении значений годовых эффективных доз облучения жителей конкретных населенных пунктов.

Оценка дозовой эффективности отселения проведена в Украине на примере для двух областей: Ривненская (44 населенных пункта, которые по планам подлежат отселению) и Житомирская (37 населенных пунктов). Расчет доз для этих населенных пунктов был произведен по результатам прямых измерений.

Реальная коллективная доза для этих населенных пунктов за период от 1986 по 1991 год (без учета дозы облучения щитовидной железы) составила 1970 чел.-Зв. Предотвращаемая (avertable) доза за счет отселения в 1991 году для этих населенных пунктов составит 630 чел.-Зв. Отношение коллективной дозы за 70 лет к коллективной дозе за период 1986 - 1991 гг. (2600/1970 чел.-Зв) дает значение дозовой эффективности отселения, которая составляет 1,3.

В некоторых случаях после переселения на “чистые” территории суммарная доза не уменьшается, а увеличивается в несколько раз в сравнении с величиной предотвращенной аварийной дозы за счет дополнительного облучения источниками природной радиоактивности. Выбор мест переселения не всегда был оптимальным.