Общая характеристика РОО как потенциально опасных объектов
Инциденты с РОО и их развитие
РОО содержат радиоактивные вещества (РВ), в том числе делящиеся материалы (ДМ).
Анализ присущих РОО видов опасностей, их взаимосвязей и опасных ситуаций, в результате которых они могут проявляться, показал, что реализация и развитие опасностей начинается в результате различных инцидентов.
На всех этапах эксплуатации РОО возможно возникновение инцидентов, под которыми понимается факт или непосредственная опасность НРВ на РОО или (и) НСД, где опасная ситуация, аварийная ситуация, происшествие, авария являются составными частями инцидента (см. рис.1).
Все инциденты с РОО имеют те или иные последствия: политические, финансово-экономические, производственно-технологические, социально-психофизиолологические, экологические, а также материальные, административные и уголовные, и могут приводить к нанесению того или иного ущерба.
Вследствие инцидентов могут возникать и проявляться различные виды опасностей.
Источниками возникновения инцидентов могут быть:
1) конструктивно-технические особенности элементов РОО;
2) конструктивно-технические особенности связанного с эксплуатацией РОО оборудования;
3) персонал;
4) окружающая среда;
5) целенаправленное воздействие.
В системе причин инцидентов с РОО должны быть учтены следующие структурные элементы:
1) РОО;
3) влияющие факторы;
4) персонал.
Воздействие может проявляться в виде НСД и НРВ.
РОО подвержены воздействию влияющих факторов:
политического;
финансово-экономического;
производственно-технологического;
геофизического;
социально-психофизиологического.
Производственно-технологический фактор характеризует:
соответствие уровня технической оснащенности объектов потребностям обеспечения безопасности;
возможности технологического уклада государства по поддержанию и повышению уровня безопасности;
уровень развития фундаментальных и прикладных наук;
внедрение современных наукоемких и ресурсосберегающих технологий для обеспечения безопасности и т. д.
Геофизический фактор– комплекс физических и природно-климатических условий, определяющих возможность проявления присущих окружающей среде опасностей (техногенных и природных явлений, аварий и катастроф и т.д.) в зависимости от географического положения РОО.
Финансово-экономический фактор характеризует:
экономические возможности страны по поддержанию, модернизации и совершенствованию всех связанных с безопасностью элементов;
состояние промышленного комплекса;
своевременное финансирование предприятий и организаций, эксплуатирующих РОО и т. д.
Социально-психофизиологический фактор определяет возможность НСД со стороны персонала различной категории (эксплуатирующего, перевозящего, охраняющего), со стороны различных правонарушителей с учетом окружающей криминогенной и социальной обстановки и т. п.
Воздействие структурных элементов может проявляться в виде различных нерегламентированных ситуаций (НРС):
нерегламентированных действий;
нерегламентированных воздействий;
несанкционированного использования (НСИ).
В результате НРС возникают различные инциденты:
аварийные (опасные) ситуации (ОпС, АС);
происшествия (Пр);
аварии (А) (нерадиационные (НРА) или радиационные (РА));
несанкционированное использование (НСИ).
Рис. 1. Причины и структура инцидентов с РОО
Вследствие инцидентов могут возникать и проявляться различные виды опасностей. РОО не только сам является источником опасностей, но и подвержен их воздействию при их наличии во внешних по отношению к РОО системах.
Инциденты и присущие им виды опасностей имеют те или иные последствия: политические, финансово-экономические, производственно-технологические, социально-психофизиологические, экологические, а также административные, материальные и уголовные, и приводят к нанесению того или иного ущерба.
Причины инцидентов достаточно обширны и могут включать следующие факторы:
Персонал:
– недостаточная подготовка персонала;
– неудовлетворительное психофизическое состояние персонала;
– недостаточная организация работ;
– недостаточный контроль работ.
Оборудование:
– конструктивные недостатки;
– конструктивные недостатки систем эксплуатации.
Окружающая среда:
– воздействие температуры окружающей среды;
– воздействие факторов геофизических явлений и стихийных бедствий;
– воздействие факторов техногенных аварий.
Аварийные воздействия (АВ):
– механические воздействия;
– тепловые воздействия;
– химические воздействия;
– электромагнитные воздействия;
– радиационные воздействия;
– комбинированные воздействия.
Происшествия (Пр) делятся на:
– падение;
– столкновение;
– аварийное тепловое воздействие;
– попадание под воздействие агрессивных сред;
– попадание под воздействие факторов стихийных бедствий и техногенных аварий.
Аварии (А):
– взрыв;
– пожар;
– повреждение без радиоактивного загрязнения местности (РЗМ);
– повреждение с РЗМ;
– нарушение функционирования РОО.
Поражающее действие аварий:
– радиационное действие;
– токсическое действие.
Наиболее вероятными следует признать механические и тепловые аварийные воздействия, а также их комбинацию – тепломеханические воздействия.
РОО как система источников опасности
Радиационная опасность при авариях с РОО и особенности ее проявления
Все этапы жизненного цикла РОО (создание, эксплуатация, ликвидация после вывода из эксплуатации), а также ликвидация последствий возможных радиационных аварий сопряжены с радиационной опасностью (РО) для работников (персонала), выполняющего работы с этими объектами.
Радиационная опасность проявляется как свойство объектов, содержащих опасные источники ионизирующего излучения, при определенных условиях (при аварии, разрушении противорадиационной защиты, несоблюдении правил и норм радиационной безопасности, в других подобных ситуациях) оказывать вредное воздействие на человека, другие биологические организмы, а также приводить к опасному радиоактивному загрязнению (РЗ) окружающей среды, уровень которого превышает допустимые значения.
Реализация радиационной опасности проявляется в лучевом поражении организма человека. Она может нанести вред здоровью, вызвать лучевую болезнь, генетическую патологию, стимулировать возникновение других заболеваний, а в наиболее тяжелых случаях привести к летальному исходу.
РОО является источником постоянного ионизирующего излучения (ИИ), оказывающего на персонал вредное радиобиологическое действие.
Нейтронное и γ-излучения образуют внешнее поле. Кроме внешнего облучения при нормальной эксплуатации РОО возможно внутреннее облучение при вдыхании газовой среды.
Опасность радиоактивных материалов (РМ) в случае аварий состоит в возможности загрязнения окружающей среды. Основные радиационные и радиобиологические характеристики РВ, определяющие уровень радиоактивного загрязнения местности при авариях, приведены в табл.2 (СД – спонтанное деление).
Таблица 2
Основные характеристики радиоактивных веществ
Радиационная опасность при авариях определяется возможностью либо непосредственного, либо через радиоактивное загрязнение (РЗ) окружающей среды воздействия содержащихся в РОО источников ИИ на персонал (при эксплуатации), персонал и население (при радиационных авариях) в дозах, которые могут привести к лучевому поражению.
В соответствии с ОСПОРБ-99 РОО по их потенциальной опасности при авариях для населения и по размерам зон опасного РЗ принято подразделять на четыре категории.
К первой категории относятся объекты, при радиационной аварии которых возможно радиационное воздействие на население и могут потребоваться меры вмешательства, обеспечивающие его противорадиационную защиту (ПРЗ).
Ко второй категории должны относиться объекты, территория радиационного воздействия которых на людей при аварии ограничивается пределами санитарно-защитной зоны. Санитарно-защитная зона – это территория вокруг места эксплуатации радиационно-опасного объекта, на которой действуют определенные ограничения по жизнедеятельности людей (не допускается размещение мест постоянного пребывания, проживания, строительство зданий общественного назначения и т. п.).
К РОО третьей категории относятся объекты, размеры зоны радиационного воздействия которых при авариях не выходят за границы технической территории, непосредственно связанной с эксплуатацией объекта.
РОО четвертой категории являются объекты, радиационное воздействие которых при аварии ограничивается размерами помещения, в котором выполняются работы с данным объектом.
К особенностям радиационной опасности (РО) при эксплуатации РОО можно отнести:
постоянство проявления в нормальных условиях эксплуатации;
своеобразие реакции организма на радиационные воздействия, выражающееся в виде лучевых поражений с широким спектром тяжести последствий облучения (от временных недомоганий и неврозов до онкологических заболеваний, генетических патологий и острых форм лучевой болезни с летальным исходом);
многообразие путей опасного воздействия ИИ на организм. Различают случаи внешнего облучения, когда источник ИИ воздействует на облучаемый объект дистанционно, и случаи внутреннего облучения при поступлении РВ внутрь организма каким-либо способом (через органы дыхания, с радиоактивно-загрязненной водой и пищей или через кожу). При этом лучевому воздействию одновременно могут подвергаться все органы и ткани организма, все тело, тогда как другие источники опасностей чаще всего поражают отдельные части тела, органы или ткани;
возможность сочетания лучевых поражений с химическим отравлением организма, так как некоторые радионуклиды (например, урана-235, урана-238) помимо радиотоксичности обладают и химической токсичностью; попадая внутрь организма, они действуют как обычные яды;
разнообразие источников радиационной опасности, которые могут одновременно воздействовать на облучаемый объект. В условиях нормальной эксплуатации основную опасность представляет гамма- нейтронное излучение ДМ, обусловливающее внешнее облучение персонала. Как правило, оно приводит к систематическому облучению в малых дозах, не превышающих допустимые значения. При этом опасность внутреннего облучения за счет возможного поступления в организм радиоактивных аэрозолей и газов невелика, и ее обычно не учитывают. При авариях с сильно возрастает опасность внутреннего облучения за счет поступления в организм радионуклидов делящихся материалов, обладающих высокой радиотоксичностью.
Для характеристики источников ИИ используется система параметров, которые могут быть подразделены на две группы:
параметры, характеризующие РО внешнего облучения;
параметры, характеризующие РО внутреннего облучения.
В первом случае радиационное воздействие происходит дистанционно и на облучаемый объект действует радиационное поле источника излучения. Для его характеристики используется совокупность параметров следующих видов:
радиометрических;
дозиметрических;
временных, характеризующих временные параметры поля (является ли оно стабильным или со временем изменяется по определенному закону, например радиоактивного распада);
спектрально-энергетических, характеризующих энергетический спектр ионизирующих частиц (ИЧ) или квантов (кв.) в любой точке поля и его изменение;
спектрально-угловых, характеризующих направленность потоков ИЧ (кв.) в любой точке поля и их изменение.
При решении практических задач обеспечения радиационной безопасности (ОРБ) обычно ограничиваются радиометрическими и дозиметрическими параметрами.
Радиометрические параметры характеризуют распределение ИЧ (кв.) в области радиационного поля. К этим параметрам относятся:
плотность потока (интенсивность) ИЧ (кв.) – определяется числом ИЧ (кв.), падающих на единицу площади облучаемого объекта в единицу времени; обычно имеет размерность ИЧ (кв.) / (см2∙с);
поток ИЧ (кв.) – определяется числом ИЧ (кв.), поступающих в облучаемый объект в единицу времени; размерность – ИЧ (кв.) /c;
флюенс (перенос) ИЧ (кв.) – определяется числом ИЧ (кв.), поступающих на единицу площади облучаемого объекта за все время облучения (например, за импульс облучения); размерность – ИЧ (кв.) /см2.
Дозиметрические параметры характеризуют РО поля ИИ по величине энергии, поглощаемой в единице массы воздуха за единицу времени или по энергии, переносимой ИЧ (кв.) в поле ИИ. В качестве параметра, определяемого величиной поглощенной энергии, может быть использована мощность воздушной кермы, в системе единиц СИ измеряемая в Гр/ (кг∙с). Однако она используется очень редко. Гораздо чаще в этих целях применяется устаревшая внесистемная величина – мощность экспозиционной дозы, измеряемая обычно в мкР/ч. В качестве параметров, определяемых переносимой ИИ энергией, используются плотность потока (интенсивность) энергии (измеряется в эВ/ (см2хс)), поток энергии (измеряется в эВ/с) и флюенс энергии (измеряется в эВ/см2). Определение этих величин такое же, как и приведенных выше радиометрических параметров поля ИИ, при замене термина «ИЧ (кв.)» на «энергия ИЧ (кв.)».
Радиационная опасность внутреннего облучения обусловливается поступлением РВ внутрь организма. В этом случае РЗ органы и ткани становятся внутренними источниками ИИ, и содержащиеся в них радионуклиды (РН) непосредственно поражают прежде всего сами эти органы и ткани, а также через радиационное поле – органы и ткани, расположенные рядом. Поэтому РО внутреннего облучения характеризуется радиационными параметрами источника ИИ и входящих в его состав РН.
Из системы параметров источников ИИ, характеризующих радиационную опасность внутреннего облучения, могут быть выделены радиационно-физические и радиационно-биологические параметры.
Радиационно-физические параметры определяются характеристиками источника ИИ – его радионуклидным составом, активностью, интенсивностью генерации ИЧ (кв.) и выходом ИИ определенного вида, а также радиационными параметрами РН, входящих в этот источник (видом ИИ, периодом полураспада, энергией ИЧ и квантов, выходом ИИ на распад, в том числе для γ-излучения – квантовым выходом).
Наиболее общим параметром является удельный поверхностный выход ИИ из источника. Он определяется числом ИЧ (кв.), выходящих с поверхности источника в единицу времени:
yS = N/ (tS),
где N – число ИЧ (кв.), выходящих за время t из источника с его поверхности S.
В свою очередь:
N = AnkCOt,
где А – активность источника;
n – выход ИЧ (кв.) на распад (квантовый выход);
kСО – коэффициент самоослабления ИИ в материале источника.
Активность источника определяется числом ядерных превращений (например, числом актов распада, деления и др.) в единицу времени:
A = (0,693/T1/2) NЯО,
где T1/2 – период полураспада радионуклида;
NЯО – число ядер РН в данный момент времени.
Величину NЯО можно определить по формуле:
NЯО = (NA/M) m,
где NА= 6,023x1023 атомов/моль – число Авогадро;
М – массовое число радионуклида, (гxмоль);
m – масса РН в источнике, г.
Радиационно-физические параметры являются исходными при определении параметров поля ИИ.
К радиационно-биологическим параметрам источников ИИ относится, прежде всего, показатель принадлежности входящих в источник РН к определенным группам РО, регламентируемым НРБ-99/2009. Группа РО радионуклида устанавливается по величине минимально значимой активности (МЗА) с учетом минимально значимой удельной активности (МЗУА).
Величина МЗА определяется наименьшим значением активности РН открытого источника ИИ на рабочем месте (или в помещении), которое считается уже опасным (значимым) для персонала и для работы с которым не требуется запрашивать разрешения органов Госсанэпиднадзора (ГСЭН). Следовательно, чем меньше МЗА, тем РН опаснее.
Однако при этом должна учитываться и величина МЗУА, характеризующая содержание радионуклида в материале источника ИИ. В этот материал могут входить и неактивные примеси, увеличивающие самоослабление излучения РН (см. формулы 2.2 и 2.5). Поэтому при установлении группы радиационной опасности величина МЗУА должна быть не меньше определенного табличного значения.
Источники радиационной опасности
В условиях нормальной эксплуатации и при радиационных авариях на персонал могут оказывать воздействие следующие источники РО (рис.2).
Рис. 2. Источники РО при эксплуатации РОО
ДМ – делящиеся материалы. Все они являются альфа-активными веществами с большим периодом полураспада. α-распад может сопровождаться сравнительно мягким гамма-излучением. Так, при делении плутония—239 наиболее часто испускаются фотоны с энергиями около 52 и 39 кэВ, однако их квантовый выход невелик (соответственно около 0,0271 и 0,0105%). Спонтанное деление этих материалов сопровождается нейтронным излучением со средней энергией нейтронов около 1 МэВ.
Существенный вклад в гамма-n-активность вносят изотопные примеси ДМ.
ИНГ – импульсные нейтронные генераторы. Помимо непосредственного воздействия на персонал взаимодействие нейтронов ИНГ с материалами окружающей среды (ОС) приводит к их нейтронной активации.
КИ – контрольный источник; изготавливается из радиоактивных материалов. Используется для проверки работоспособности оборудования. Выполняется как закрытый источник.
РЗК – радиоактивное загрязнение конструкции; обусловливается технологической радиоактивной пылью (главным образом, ДМ) и продуктами нейтронной активации конструктивных элементов под действием нейтронов, образующихся при спонтанном делении. Вклад РЗК в дозу внешнего облучения очень небольшой. Однако РЗ делящимися материалами является очень опасным источником внутреннего облучения, поскольку ДМ обладают высокой радиотоксичностью (относятся по радиационной опасности к группам А и Б).
НА ОС – наведенная активность в материалах окружающей среды (ОС), включая строительные элементы и оборудование помещений. НА ОС является источником РО внешнего и внутреннего облучения, обусловленного взаимодействием нейтронов с материалами ОС, которые становятся активными. Вклад НА ОС в дозу облучения персонала невелик, поскольку продукты активации в основном являются короткоживущими.
ПРФ – повышенный радиационный фон, обусловленный естественной радиоактивностью ОС. Обычно с фоновым облучением не считаются, полагая его безопасным. Основными источниками РО, связанными с ПРФ, являются эманации радона-222, торона-220 и актинона-219 с дочерними продуктами их распада (ДПР). Эманации (главным образом, радон со своими ДПР) являются источниками РО внутреннего облучения; внешнее облучение за счет ПРФ обусловливается содержанием в почвенных породах и строительных материалах радиоактивных изотопов урана-238, тория-232, радия-226 и калия-40.
Наконец, эксплуатация РОО связана с постоянной угрозой их возможной радиационной аварии, чреватой исключительно тяжелыми последствиями как для персонала, так и для многих других людей, оказавшихся в зоне этой аварии. Хотя вероятность радиационной аварии сводится по возможности к минимальной величине и обеспечивается на этом уровне, однако она имеет конкретное допустимое значение, причем как любая случайная величина может проявиться совсем неожиданным образом. Поэтому угроза РА является особым источником радиационной опасности, объективно оказывающим сильное психологическое воздействие на персонал. Участие в работах по эксплуатации РОО требует от персонала высокого профессионализма и особого чувства ответственности, в частности, за обеспечение радиационной безопасности этих работ.
Прогнозирование масштабов радиационных аварий
Аварийный взрыв РОО влечет за собой наиболее опасные последствия. Их ликвидация требует значительных затрат. Исключительно важным в этих условиях является своевременное принятие рационального решения на ЛПА. Поскольку процессы распространения облака с радиоактивными аэрозолями и образования его следа на местности протекают в течение нескольких часов, целесообразно получить хотя бы приблизительную априорную информацию о масштабах РЗМ. Эта проблема может быть решена посредством прогнозирования масштабов аварии. При этом должны быть учтены сведения об условиях аварии, метеорологических условиях и характере местности, на которой произошла авария.
Оценка радиационной обстановки – это выявление, изучение и анализ характеристик радиоактивного загрязнения окружающей среды, техники, материальных средств, а также лучевого поражения персонала и населения, возникающих в результате радиационной аварии.
Оценка проводится методами прогнозирования и по фактическим данным радиационной разведки.
Прогнозирование радиационной обстановки – это ориентировочное заключение о наиболее вероятном развитии радиационной обстановки на основе анализа исходных данных о гипотетической или фактической радиационной аварии с оценкой последствий аварий, их масштабов и степени радиационного воздействия на персонал, население и окружающую среду.
Оценка радиационной обстановки включает определение:
типа и вида радиационной аварии (вид – с взрывом, пожар);
положения границ зон РЗМ с их картографической привязкой;
степени радиоактивного загрязнения окружающей среды (мощность дозы ионизирующего излучения, плотность РЗМ и воздуха);
временных характеристик (времени начала радиоактивного загрязнения, продолжительности формирования зон);
возможных и фактических доз облучения персонала;
радиационных потерь;
динамики радиационной обстановки, начала работ по ЛПА;
степени радиационной опасности по критериям НРБ;
влияния на хозяйственную деятельность населения в районе радиационной аварии;
маршрутов и проходов на загрязненной местности для эвакуации и маневра сил и средств по ЛПА.
Такая оценка является основой для выбора наиболее целесообразной последовательности действий по ЛПА. Результаты прогнозирования используются для обоснования решения на организацию радиационной разведки и предварительного решения на противорадиационную защиту, на неотложную эвакуацию, оцепление, на определение объектов дезактивации, т.е. для обоснования мероприятий, необходимых сил и средств ЛПА.
Основными направлениями прогнозирования масштабов радиационных аварий являются:
прогноз масштабов радиоактивного загрязнения окружающей среды;
прогноз дозы облучения персонала.
Практически чаще всего прогноз РЗМ и приземного воздуха при радиационной аварии выполняется расчетными методами с использованием эмпирических формул по методикам, основанным на гауссовских моделях рассеяния радиоактивных аэрозолей в атмосфере, либо по методикам численного решения уравнения турбулентной диффузии с введением полуэмпирических коэффициентов, путем решения трехмерного полуэмпирического уравнения турбулентной диффузии с переменным коэффициентом переноса и диффузии.
В расчетных зависимостях и уравнениях должны учитываться следующие процессы, влияющие на масштабы радиоактивного загрязнения окружающей среды:
диспергирование радиоактивных аэрозолей в атмосферу с образованием радиоактивного облака (газодымовой струи при пожаре);
перенос радиоактивных аэрозолей в атмосфере в результате ветровых газодинамических воздушных течений;
перемещение радиоактивных аэрозолей под действием пульсации потока в горизонтальном и вертикальном направлении за счет турбулентной диффузии воздуха;
гравитационное осаждение радиоактивных аэрозолей (под действием силы тяжести);
вымывание осадками;
вторичное пылеобразование за счет вертикального температурного воздухообмена (ресуспензии с поверхности земли).
При учете всех этих факторов расчеты получались бы очень сложными, доступными лишь машинным методам с затратой большого машинного времени, поэтому используется ряд упрощений:
Конец ознакомительного фрагмента.