Большинство радионуклидов распадается быстро и поэтому имеет лишь местное значение. Однако некоторые из них живут довольно долго и могут распространяться по всему земному шару, а определенная часть изотопов остается в окружающей среде практически вечно. При этом различные радионуклиды ведут себя по-разному: одни распространяются в окружающей среде быстро, другие — чрезвычайно медленно.

Ядерные реакторы работают на ядерном топливе. Примерно половина всей урановой руды добывается открытым способом, а другая половина — шахтным. Добытую руду везут на обогатительную фабрику, обычно расположенную неподалеку. И рудники, и обогатительные фабрики служат источником загрязнения окружающей среды радиоактивными веществами. Если рассматривать лишь непродолжительные периоды времени, то можно считать, что почти все загрязнение связано с местами добычи урановой руды Обогатительные же фабрики создают проблему долговременного загрязнения: в процессе переработки руды образуется огромное количество отходов — «хвостов». Например, вблизи действующих обогатительных фабрик в Северной Америке скопилось уже 120 млн. т отходов, и если положение не изменится, к концу века их количество возрастет до 500 млн. т.

Эти отходы будут оставаться радиоактивными в течение миллионов лет. Таким образом, отходы являются главным долгоживущим источником облучения населения, связанным с атомной энергетикой. Однако их вклад в облучение можно уменьшить, если отвалы заасфальтировать или покрыть их поливинилхлоридом. Конечно, покрытие необходимо будет регулярно менять.

Урановый концентрат, поступающий с обогатительной фабрики, подвергается дальнейшей переработки и очистке и на специальных заводах превращается в ядерное топливо. В результате такой переработки образуются газообразные и жидкие радиоактивные отходы, однако дозы облучения от них намного меньше, чем на других стадиях получения ядерного топлива.

12.4. Аварии на радиационно опасных объектах

Катастрофа на Чернобыльской АЭС стала самой страшной за весь период существования атомной энергетики трагедией для населения не только бывшего СССР, но и других стран Европы. Аварии на АЭС случались и раньше как в бывшем СССР, так и за рубежом.

Самая большая до Чернобыльской катастрофы авария произошла на американской АЭС «Тримайл-Айленд».

28 марта 1979 г. на АЭС «Тримайл-Айленд» из-за потери охлаждения реактора расплавилась активная зона, произошел выброс радиоактивных газов в атмосферу и жидких радиоактивных отходов в реку Сукуахана. Блок 2, на котором произошла авария, не был оснащен дополнительной системой обеспечения безопасности. За 31 марта и 1 апреля из 200 тыс. человек, проживающих в радиусе 35 км от станции, около 80 тыс. покинули свои дома. В ночь с 28 на 29 марта в верхней части корпуса начал образовываться газообразный пузырь. Активная зона разогрелась до такой степени, что из-за химических свойств циркониевой оболочки стержней произошло расщепление молекул воды на водород и кислород. Пузырь объемом около 30 м3, состоявший главным образом из водорода и радиоактивных газов — криптона, аргона, ксенона и др., — сильно препятствовал циркуляции охлаждающей воды, поскольку давление в реакторе значительно возросло. Но главная опасность заключалась в том, что смесь водорода и кислорода могла в любой момент взорваться (что и произошло в Чернобыле). Сила взрыва была бы эквивалентна взрыву 3 т тринитротолуола, что привело бы к неминуемому разрушению корпуса реактора. В другом случае смесь водорода и кислорода могла проникнуть из реактора наружу и скопилась бы под куполом защитной оболочки. Если бы она взорвалась там, все радиоактивные продукты деления попали бы в атмосферу (что произошло в Чернобыле). Уровень радиации в защитной оболочке достиг к тому времени 30 000 бэр/ч, что в 600 раз превышало смертельную дозу Кроме того, если бы пузырь продолжал увеличиваться, он постепенно вытеснил бы из корпуса реактора всю охлаждающую воду, и тогда температура поднялась бы настолько, что расплавился бы уран (что произошло в Чернобыле). В ночь на 30 марта объем пузыря уменьшился на 20%, а 2 апреля его объем составлял всего лишь 1,4 м3. Чтобы окончательно ликвидировать пузырь и устранить опасность взрыва, техники применили метод так называемой дегазации воды.

Первая крупная ядерная авария в СССР произошла 29 сентября 1957 г. на ЮжноУральском заводе по производству атомного оружия. Это был секретный объект под названием «Челябинск-40». Об этой аварии, которую принято называть уральской ядерной катастрофой, миру поведал эмигрировавший на Запад советский ученый Жорес Медведев, переславший свою рукопись в английский журнал «Нью сайнтист» (4 ноября 1976 г.). Советская сторона долго замалчивала сам факт аварии, но в июне 1989 г., спустя 32 года после аварии, все же опубликовала сообщение об этом событии.

29 сентября 1957 г. в 16 ч 20 мин по московскому времени взорвалась одна из «банок вечного хранения», содержавшая отходы ядерного производства. В этой «банкет-контейнере находился раствор отработанного высокоактивного вещества, общая активность которого

составляла 20 млн. Ки (1 Ки = 3,700*1010 Бк Один беккерель соответствует одному распаду в секунду для любого радионуклида.). Выброс же составил 2 млн. Ки, остальные 18 млн. Ки осели на землю около контейнера.

Объем «банки хранения» — 300 м3. Она представляет собой бетонную емкость, внутренняя поверхность которой изготовлена из нержавеющей стали. Бетонная крышка контейнера толщиной 1 м находилась под землей. В результате взрыва ее подбросило на несколько десятков метров, в земле образовался кратер диаметром 30 м и глубиной 5 м. Радиоактивное облако поднялось на высоту 1000 м. Исходя из показателей, ученые предположили, что мощность взрыва соответствовала 70 т тринитротолуола.

При взрыве никто не погиб. Непосредственно сразу после аварии, в течение 7-10 дней, из близлежащих населенных пунктов было выселено 600 человек, а в последующие 1,5 года — около 10 тыс. человек. Максимальные средние дозы облучения, полученные до эвакуации, достигали 17 бэр по внешнему облучению и 52 бэра по эффективной эквивалентной дозе.

Взрыв разбросал радиоактивные элементы на территории, протянувшейся на 105 км в длину при ширине «следа» 8-9 км. К счастью, он пришелся на места малонаселенные. Разовые дозы облучения жителей деревень, что попали в зону выброса, были не опасными для здоровья. Но «грязными» стали почва и водоемы, растущие здесь лес и травы. Почти все выпавшие радионуклиды относились к короткоживущим. Среди радионуклидов, обладавших сравнительно продолжительным периодом полураспада, можно назвать цезий (60%), цирконий (25%), рутений (4%), стронций-90 (2,7%). Почти у всех выявленных радионуклидов, кроме стронция (период полураспада 28,8 года), период полураспада составлял от 1 месяца до 1 года, поэтому можно с уверенностью предположить, что в настоящее время в районе катастрофы можно обнаружить лишь стронций-90.

В 1981-1985 гг. на советских атомных станциях произошли 1042 аварийные остановки энергоблоков, в том числе 381 на АЭС с реакторами РБМК. На Чернобыльской АЭС таких случаев было 104, из них 35 — по вине персонала (из протокола заседания Политбюро ЦК КПСС, проходившего 3 июля 1986 г ) Предупреждающий тревожный сигнал звучал — и не единожды!

12.5. Чернобыльская катастрофа и ее последствия

Чренобыльская АЭС расположена в 18 км от г. Чернобыль и в 150 км от Киева. В 4 км от АЭС расположен город атомщиков Припять, названный так по имени реки, которая несет свои воды в Днепр. По генеральному плану предполагалось, что в Припяти будут жить до 80 тыс. жителей.

Общая численность населения в 30-километровой зоне вокруг АЭС была свыше 100 тыс. чел. (средняя плотность населения — 70 чел./км2). Около 50 тыс. проживало в Припяти, более 12 тыс. — в г. Чернобыле. Обслуживающий персонал АЭС насчитывал около 6,5 тыс. чел.

К 1986 г. в эксплуатации находилось 4 энергоблока первой и второй очереди. В 1,5 км к юго-востоку от главного корпуса велось строительство двух энергоблоков третьей очереди.

Авария на Чернобыльской АЭС — одна из крупнейших экологических катастроф. Облако, содержащее 30 млн Ки, накрыло территорию, границы которой: на севере — Швеция, на западе — Германия, Польша, Австрия, на юге — Греция, Югославия.

Причиной аварии явился ряд допущенных работниками электростанции грубых нарушений правил эксплуатации реакторных установок. Произошло внезапное нарастание мощности реактора, что привело к резкому повышению температуры и давления в его активной зоне и контуре теплоносителя и к последующему взрыву реактора с разрушением реакторного здания. Аварийная защита реактора в этих условиях должна была автоматически сработать от любого из ряда аварийных сигналов и предотвратить нарастание реакции деления ядерного горючего.

Авария произошла 26 апреля 1986 г. в 1 ч 23 мин. В это время на станции работало около 400 человек. С момента катастрофы возникли три важнейшие и требовавшие немедленного решения задачи: борьба с пожаром на АЭС, предотвращение развития аварии в активной зоне реактора и определение ее масштабов для принятия практических мер по ликвидации последствий.

Через 5 минут после возникновения аварии в район 4-го блока прибыло дежурное подразделение АЭС, затем пожарные расчеты из городов Припять и Чернобыль, благодаря самоотверженным действиям пожарных уже к 2 ч 10 мин на крыше машинного зала и к 2 ч 30 мин

— на крыше реакторного отделения основные очаги пожаров были подавлены, а к 5 часам пожар на 4-м энергоблоке был ликвидирован полностью.

Над реактором стоял радиационный ало-сизый столб. Реактор пылал — продол -ась плазменная реакция. Необходимо было измерить уровень радиации — предполагалось, что он от 3,5 до 5 тыс. рентген. Кроме радиации, над реактором была температура 120-180°С. Уровень радиации замерялся с вертолетов. Вертолет зависал над центром взорванного энергоблока на высоте 200 м, открывался люк, и на стальном тросе в пылающий зев опускался зонд.

Понимая, что такое мощное радиоактивное излучение может «накрыть» пол-Европы,

правительственная комиссия приняла решение — забросать источник излучения песком, бором, свинцом, чтобы затушить радиационное пламя.

Вкабину вертолета грузили по 8-10 мешков с песком, бором и свинцом. Зависнув над реактором и привязав себя страховочными ремнями, борттехник вручную сбрасывал эти мешки. Но это была капля в море. Позже придумали подвешивать их на балочных держателях, как авиабомбы. Продуктивность увеличилась.

Вобщей сложности разными способами вертолетчики сбросили в реактор около 5 тыс. т разных грузов. Однако реактор продолжал работать. Температура уже поднялась до критической отметки 400°С. Стали срочно сбрасывать свинец — он погасил температуру. За один день было сброшено около 1500 т свинца.

Вначале мая возникла опасность, что раскаленные радиоактивные массы, прожигая себе путь, опустятся вниз и в конце концов достигнут грунтовых вод, загрязнив их. Для прекращения этих процессов было решено прорыть тоннель под реактор, соорудив теплообменник на бетонной плите с принудительным охлаждением. Шахтеры прокладывали тоннель, а воины-химики обеспечивали контроль радиационной обстановки в месте работ и безопасную смену бригад.

Основная тяжесть ликвидации последствий аварии на АЭС легла на военнослужащих ВС РФ. За весь период работ была дезактивирована территория площадью 140 млн. м2. (Дезактивация — это удаление радиоактивных веществ с вооружения, техники, обмундирования, продовольствия, местности и воды.) С учетом неоднократной обработки дезактивировано более 500 населенных пунктов, около 10 тыс. км дорог, локализовано радиоактивное заражение местности на площади 25 тыс. га. Вывезено и захоронено свыше 374 тыс. м3 грунта. Обработано около 650 тыс. единиц техники и свыше 3 млн. человек личного состава.

Только за два с половиной года с участием личного состава частей и соединений химических и инженерных войск проведена дезактивация территории АЭС площадью около 5 млн. мг и внутренних помещений площадью более 20 млн. м2, вывезено и захоронено около 500 тыс. м3 загрязненного оборудования, строительных конструкций и грунтов. Вырублено и локализовано 115 га «рыжего» леса.

Сложность поставленных перед ликвидаторами задач состояла в том, что опыта ликвидации последствий таких аварий не было, приборы, рассчитанные на дозы облучения военного времени, не позволяли с необходимой точностью проводить измерения, техника подразделений специальной обработки не предназначена для проведения дезактивации местности и помещений в таких масштабах и условиях.

Общая площадь загрязненных в результате аварии на ЧАЭС территорий (уровень радиации более 1 Ки/км2) — 57 000 км2. Данные о площади территорий, пострадавших от Чернобыльской катастрофы, с повышенным уровнем загрязнения Cs'37 приведены в табл. 12.4 и

12.5(по состоянию на 1996 г.).

Таблица 12.4. Площадь территорий, пострадавших от Чернобыльской катастрофы

Уровень радиационного загрязнения Cs137, Ки/км2	Площадь загрязнения, км2
1-5	49 509
5-15	5 326
15-40	1 900
>40	310

Уровни загрязнения от 15 до 40 Ки/км2 и более имеются только в Брянской области; от 5 до 15 Ки/км2 — в Брянской, Калужской, Орловской и Тульской областях; от 1 до 5 Ки/км2 — в 19 субъектах Российской Федерации: в 16 областях (Брянской, Белгородской, Воронежской, Калужской, Курской, Ленинградской, Липецкой, Нижегородской, Орловской, Пензенской, Рязанской, Саратовской, Смоленской, Тульской, Тамбовской, Ульяновской) и 3 республиках (Мордовии, Татарстане и Чувашии).

По данным Союза «Чернобыль», только к ликвидации последствий аварии привлекалось 835 тыс. человек. Каждый 10-й из них — инвалид, каждый 25-й ушел из жизни.

Таблица 12.5. Клинические последствия острого облучения человека

От последствий аварии больше всего пострадали ликвидаторы 1986-1987 гг., дети и подростки до 14 лет, те, кто родился незадолго до этой катастрофы или после нее. На детей и подростков особенно пагубно воздействовали коротко-живущие радионуклиды йода. Йод, попадая в организм, быстро накапливается в щитовидной железе. Повышенная его концентрация в конце концов приводит к злокачественным образованиям — раку щитовидной железы. Но это выяснилось не сразу: латентный период продолжался около 5 лет. Начиная с 1991 г. наблюдается стремительный рост этого заболевания у детей. В Брянской, Орловской, Тульской и Калужской областях, где проживает более 1 млн. детей до 14 лет, зарегистрировано 124 случая рака щитовидной железы, вызванных радиацией.

Чернобыльская АЭС перестала быть источником электроэнергии, но остается источником большой опасности и будет им еще по меньшей мере 100 лет. До сих пор никто не может сказать точно, что происходит внутри «саркофага», которым накрыт 4-й реактор станции. Пока еще не выгружено топливо из 1-го блока ЧАЭС (2001 г.), 2-й — уже освобожден от него. Вывести из эксплуатации остановленный 3-й энергоблок планируется к 2008 г. — все ядерное топливо извлекут из реактора, а радиоактивные отходы надежно захоронят. До этого времени и сама станция, и 3-й энергоблок будут считаться ядерно-опасными объектами.

Последствия Чернобыльской аварии оказались страшными не только для России. Только на Украине за последние 10 лет умерли 4 тыс. ликвидаторов аварии на ЧАЭС. Еще 70 тыс. стали инвалидами. Примерно 1% жителей страны, а это около трех миллионов человек, в той или иной степени испытали на себе влияние Чернобыля, получив различные болезни.

По самым скромным оценкам, экономический ущерб, нанесенный Белоруссии в результате аварии на ЧАЭС, составил 235 млрд долларов, 23% территории государства оказались загрязненными выброшенными из поврежденного реактора радионуклидами. Каждый 5-й житель Белоруссии пострадал от аварии, и, что самое страшное, здоровью более полумиллиона детей был нанесен непоправимый вред.

В чем принципиальное отличие аварии на АЭС от ядерного взрыва? По радионук-лидному составу выброшенная из реактора активность была гораздо сложнее, чем состав продуктов мгновенного взрыва атомной бомбы. Выброс радионуклидов из жерла раскаленного реактора продолжался с различной интенсивностью более 10 суток, меняя направление и высоту подъема. В течение всего времени выброса направление ветра в слое от 0 до 1000 м изменилось на 360°. Смена метеоусловий, выпадение осадков привели к пятнистости радиоактивного загрязнения местности. Расположение источников излучения после взрыва на 4-м блоке ЧАЭС либо вообще не поддается описанию, либо может быть описано весьма приблизительно. При ядерном же взрыве, который происходит в считанные доли секунды, границы следа радиоактивного облака изображают в виде эллипса, вытянутого по направлению движения ветра.

Площадь радиоактивного заражения после аварии, по сравнению с площадью после ядерного взрыва, ничтожно мала. Так, площадь с уровнем дозы 1 р/ч составляла менее 10 км2 (при ядерном взрыве — сотни квадратных километров). Спад радиации после аварии на АЭС идет значительно медленнее, чем после взрыва. На ЧАЭС степень радиоактивного заражения через

год (к 1 мая 1987 г.) уменьшилась в 55 раз.

Может ли АЭС выйти из-под контроля и взорваться, как атомная бомба? Нет. Атомные бомбы и реакторы на тепловых нейтронах в корне различны. В атомной бомбе применяется почти абсолютно чистый уран-235 или плутоний-239. Для того чтобы произошел взрыв, отдельные «куски» этих делящихся материалов должны быть быстро соединены для образования критической массы взрыва.

В реакторе же атомной станции используется топливо, содержащее лишь малую часть урана-235. Более того, эта малая доза распределена в большом объеме неделящегося топлива, которое, в свою очередь, распределено по конструкционным элементам реактора. Таким образом,

случайное сжатие больших количеств топлива, необходимых для взрыва, принципиально невозможно. Чернобыльская авария произошла в результате развития неуправляемой самоподдерживающейся цепной ядерной реакции, однако скорость выделения энергии и ее масштаб принципиально не соответствовали параметрам ядерного взрыва.

После аварии на ЧАЭС был принят и внедрен в практику целый комплекс мер по повышению безопасности энергетических реакторов РБМК, в частности, модернизированы системы управления и защиты (СУЗ). Раньше для погружения в активную зону стержней, гасящих нейтронный поток, требовалось 18 с, сейчас —12 с. Введена дополнительная быстродействующая система аварийной защиты, время срабатывания которой составляет 2 с. Естественно, эти операции возложены на автоматику, причем системы ее многократно дублированы Ужесточен контроль за состоянием трубопроводов наиболее важных систем АЭС. Намного чаще, чем раньше, контролируется состояние металла, из которого они изготовлены Проведение разного рода нерегламентных испытаний энергоблоков (а именно это послужило причиной аварии на ЧАЭС) строжайше запрещено. Штатные испытания, связанные с изменением мощности реактора или его остановкой, проводятся только в присутствии главного инженера станции и инспектора Госпроматомнадзора России.

Уже после катастрофы в Чернобыле Международным агентством по атомной энергетике (МАГАТЭ) была разработана и с 1 сентября 1990 г. внедрена в бывшем СССР Международная шкала событий на АЭС (табл. 12 6)

Таблица 12.6. Международная шкала событий на АЭС