Причины аварии на Чернобыльской АЭС. Развитие аварии. Радиоактивное загрязнение местности
Авария на ЧАЭС по своим масштабам беспрецедентна. Произошла она 26 апреля 1986 г. в 1 ч 24 мин во время испытания четвертого блока.
В условиях работы реактора на низкой мощности операторы в нарушение правил вывели большую часть регулирующих стержней из активной зоны и отключили несколько важных систем аварийной защиты.
На основе анализа проектных материалов, нормативно-технической документации, имеющихся сегодня расчетных и фактических данных по развитию аварии на четвертом блоке ЧАЭС можно сделать вывод, что главной причиной катастрофического характера аварии явилась нестабильность реактора РБМК-1000, обусловленная недостатками его конструкции.
Активная зона спроектирована так, что в некоторых эксплуатационных состояниях рост паросодержания в реакторе приводит к дальнейшему росту мощности, а не ее уменьшению, как это требует принцип саморегулируемости. Увеличение мощности могло привести к разрушениям.
Ядерная авария на четвертом блоке ЧАЭС, катастрофическая динамика ее развития обусловлены в первую очередь нарушением в проекте РБМК-1000 правил ядерной безопасности в конструкции активной зоны, системы управления и защиты реактора. На период аварии система управления аварийной защитой аппарата РБМК-1000 не обеспечивала быстрого и надежного гашения цепной реакции в аварийном режиме, не обладала достаточным быстродействием исполнительных органов аварийной защиты, отсутствовала система быстрой аварийной защиты.
В реакторах РБМК (реактор большой мощности канальный) время ввода всех стержней в активную зону было одинаковым – 18–21 с. Деление стержней на стержни регулирования и стержни автоматической защиты было чисто условным. Практически защита для нестабильных состояний реактора и аварийных ситуаций отсутствовала. Быстродействие в 18–21 с оказалось катастрофически недостаточным для остановки реактора.
Неверные эксплуатационные решения привели к резкому высвобождению ядерной энергии, разогреву активной зоны реактора и теплоносителя, что и обусловило паровой взрыв. Была сдвинута тысячетонная крышка реактора. Из активной зоны были выброшены графит и радионуклиды. В результате мощного взрыва газоаэрозольное облако, содержащее радиоактивные вещества, достигло высоты 1,8 км и начало перемещаться воздушными потоками в северо-западном и северном направлениях через западные и центральные районы Беларуси.
Повреждение реактора привело к возгоранию графита и выбросу большого количества радионуклидов. Интенсивный процесс выбросов радиоактивных веществ из реактора продолжался в течение 10 сут.
Четырехдневный период увеличения выброса (2–5 мая) вплоть до заглушения реактора соответствует стадии саморазогрева топливной массы до 2000°С за счет остаточного тепловыделения и нарушения теплосъема при засыпке реактора с вертолета различными материалами (песок, бор, свинец), максимум выбросов приходится на 5 мая 1986 г.
При высокой температуре начали испаряться и тугоплавкие радионуклиды: цирконий, барий, стронций и др. Благодаря принятым мерам по снижению температуры активной зоны реактора выбросы после 5 мая 1986 г. снизились и полностью прекратились после завершения строительства «саркофага».
Радиационная обстановкапосле аварии на Чернобыльской АЭС
Взрыв на четвертом энергоблоке ЧАЭС 26 апреля 1986 г. привел к разрушению реакторного пространства, разгерметизации оболочек тепловыделяющих элементов и выбросу во внешнюю среду радиоактивных веществ общей активностью около 10 ЭБк (1 Э = 1018), в том числе 6,3 ЭБк радиоактивных благородных газов. Было выброшено 50–60% йода и 30–35% цезия, содержащихся в реакторе, всего в воздух было выброшено около 450 различных типов радионуклидов.
Формирование радиоактивного загрязнения Беларуси началось сразу же после взрыва реактора. 27–28 апреля 1986 г. территория Беларуси находилась под влиянием пониженного атмосферного давления. 28 апреля во всех областях республики прошли дожди, носившие ливневый характер.
С 29 апреля переместившиеся в северном направлении воздушные массы с радиоактивными выбросами в связи со сменой направления движения воздушных потоков начали перемещаться из Прибалтики в Беларусь. Такой перенос воздушных потоков сохранялся в районе станции до 6 мая.
С 8 мая произошло повторное изменение направления движениявоздушных масс, и их траектория вновь проходила от Чернобыля в северном направлении.
Метеорологические условия движения радиоактивно загрязненныхвоздушных масс с 26 апреля по 10 мая 1986 г. в совокупности с дождями,особенно в конце апреля и начале мая, определили масштабность радиоактивного загрязнения территории Беларуси. Около 2/3 радиоактивных веществ в результате сухого и влажного осаждения выпали на ее территории.
В развитии аварии на ЧАЭС различают три стадии, каждая из которыхтребует принятия определенных мер по радиационной защите населения.
Первая стадия – выброс из реактора смеси летучих продуктов ядерного топлива. К ним, в частности, относятся следующие радионуклиды:криптон-85, ксенон-133, тритий, углерод-14, цезий-134, цезий-137, теллур-132, йод-131 и др. На первой стадии наибольшую радиационнуюопасность представляет мощное гамма-излучение облака, образованноголетучими радионуклидами.Единственным способом защиты от проникающего гамма-излучения является защита (экранировка) населения стенами жилых домов.
К сожалению, в первые часы развития аварии на ЧАЭС населениене получило указаний укрыться за стенами зданий и, таким образом,тот фактор снижения дозовых нагрузок на население остался неиспользованным.
На второй стадии развития аварии основным фактором радиационной опасности становится поступление в организм человека радиационных изотопов йода по пищевой цепочке и через органы дыхания.
С радиоактивной струей выделилось несколько изотопов йода, в наибольшем количестве – изотоп йода-131. Из-за летучести он распространилсяна значительной территории. Уровни радиоактивного загрязнения короткоживущими изотопами йода во многих регионах республики былистоль велики, что вызванное ими облучение людей квалифицируетсяспециалистами как период «йодного удара».
Особенно острыми в радиационном отношении были первые неделипосле аварии. В апреле–мае 1986 г. наибольшие уровни радиоактивногойода-131 имели место в ближней к ЧАЭС (10–30 км) зоне в Брагинском,Хойникском и Наровлянском районах Гомельской области, где содержание его в почвах составило 37 000 кБк/м2. В Чечерском, Кормянском,Буда-Кошелевском, Добрушском районах уровни загрязнения достигали18 000 кБк/м2.
Значительному загрязнению подверглись также юго-западные регионы – Ельский, Лельчицкий, Житковичский, Петриковский районы Гомельской области и Пинский, Лунинецкий, Столинский районы Брестской области.
Загрязнение территории йодом-131 обусловило большие дозы облучения щитовидной железы у людей, что привело в последующем к значительному увеличению ее патологии.
За период «йодной опасности» щитовидная железа оказалась облученной более чем у 1,5 млн чел., в том числе у 160 тыс. детей.
Опасность переоблучения щитовидной железы можно уменьшить методом йодной профилактики – введением стабильного йода (KI). Йоднаяпрофилактика проводилась только со 2 мая для переселенцев из пострадавших районов, для остального населения она не проводилась.
На третьей, заключительной, стадии наибольшую опасность представляют долгоживущие радионуклиды. В настоящее время гамма-активность почв и растений в основном обусловлена цезием-137, бета-активность – стронцием-90 и цезием-137, альфа-активность – изотопамиплутония-238, -239, -240, -241.
Авария на Чернобыльской АЭС по своим последствиям является самой крупной экологической катастрофой современности, последствиякоторой привели к загрязнению территории Беларуси – 46 445 км2, России – 56 905 км2, Украины – 41 835 км2.
В Беларуси на радиоактивно зараженной территории расположены3600 населенных пунктов, в том числе 27 городов, в которых проживало 2,2 млн чел., т. е. свыше 20% населения Беларуси.
Однако радиоактивная загрязненность различных районов, в томчисле и одинаково удаленных от места аварии, оказалась неравномерной. Пятна радиоактивности образовались не только вокруг ЧАЭС, нои на очень больших расстояниях от нее. Такая неравномерность связанас рядом причин. Во-первых, истечение радиоактивной струи из разрушенного реактора было длительным. Во-вторых, с изменением направления ветра менялось и направление радиоактивного облака. В-третьих,происходило неравномерное очищение атмосферы от радионуклидов.
Самые легкие частицы поднялись очень высоко, они осаждались медленно, успев обогнуть несколько раз земной шар. Более тяжелые аэрозолирасположились в приземном слое воздуха, откуда в течение несколькихдней (недель) опускались на земную поверхность. Следует отметить, чтодождь очень эффективно вымывает радионуклиды из атмосферы. И там,где весной 1986 г. пролились дожди, образовались радиоактивные пятна.
Радиоактивные вещества после Чернобыльской аварии выпали в основном тремя крупными пятнами в Беларуси, Украине и западных областяхРоссии.
Радионуклиды из почвы поступают в воду, воздух, а также включаются в биологические циклы, создавая тем самым множественность путей внутреннего и внешнего облучения населения.
На величину этих процессов оказывает влияние ряд факторов, прежде всего определяющих скорость вертикальной миграции. Среди нихнужно указать следующие: тип почвы, ее минеральный и органическийсостав, ландшафтно-геохимические особенности региона, физико-химическое состояние выпавших радионуклидов.
Обращают на себя внимание три принципиальных момента.
Во-первых, сохранение в течение длительного времени цезия-137 преимущественно в верхнем (0–5) см слое почвы и проникновение стронция-90 в более глубокие слои.
Во-вторых, по мере увеличения расстояния от станции вертикальная миграция всехрадионуклидов возрастает.
В-третьих, миграционная способность америция-241 (являющегосядочерним продуктом распада плутония-241) выше, чем плутония.
В результате аварии на ЧАЭС в зоне радиоактивного загрязненияоказалось 1,73 млн га лесов, или 25% лесных угодий республики.
В первые дни после аварии на ЧАЭС 80% всех выброшенных радионуклидов было задержано наземными частями деревьев и около 20%осело на почву. К концу лета 1986 г. в наземной фитомассе осталось13–15% радионуклидов от общего количества выпавших.
В настоящее время в наземной части лесных насаждений находится около 5–7% радионуклидов. Результаты прогноза показывают,что загрязнение древесных пород будет нарастать, и основным механизмом перехода радионуклидов в древесный ярус явится корневоепоступление.
Радиационно-экологическая обстановка в Беларуси характеризуется сложностью и неоднородностью загрязнения территории альфа-,бета- и гамма-активными радионуклидами с различными периодами полураспада, а также присутствием радионуклидов практическиво всех компонентах экосистем. Это обусловливает множественностьпутей воздействия радионуклидов на население и создает риск дляего здоровья.
Динамика радиационной обстановки в ближайшее время и на перспективу будет определяться радиоактивным распадом, миграцией радионуклидов, трансформацией форм их существования.