Размещено на http://www.allbest.ru/

УКРАЇНСЬКИЙ НАУКОВО-ДОСЛІДНИЙ ІНСТИТУТ ЕКОЛОГІЧНИХ ПРОБЛЕМ

Спеціальність 21.06.01 - екологічна безпека

УДК 504.61:004.942

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

АВТОРЕФЕРАТ

МІГРАЦІЯ ТРИТІЮ В ПІДЗЕМНИХ ВОДАХ У РАЙОНІ РОЗТАШУВАННЯ ЗАПОРІЗЬКОЇ АЕС

Турбаєвський Володимир

Васильович

Харків - 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Українському науково-дослідному інституті екологічних проблем Міністерства охорони навколишнього природного середовища України.

Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук Коваленко Григорій Дмитрович, Український науково-дослідний інститут екологічних , в.о. директора

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Лагутін Михайло Федорович, Харківський національний університет радіоелектроніки Міносвіти України, професор кафедри радіоелектронних пристроїв кандидат фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Левенець Володимир Вікторович, Інститут фізики твердого тіла, матеріалознавства та технологій ННЦ ХФТІ, начальник відділу аналітичних досліджень, екології та радіаційних технологій

Провідна організація: Інститут геохімії навколишнього середовища НАН та МНС України, м. Київ

Захист відбудеться 06.10.2006 р. о 10 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.812.01 в Українському науково-дослідному інституті екологічних проблем за адресою:

61166, м. Харків, вул. Бакуліна, 6.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Українського науково-дослідного інституту (61166, м. Харків, вул. Бакуліна, 6).

Автореферат розісланий 01.09. 2006 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Жуковський Т.Ф.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Підвищення безпеки атомних електростанцій (АЕС)

є пріоритетним напрямком розвитку ядерної енергетики. За визначенням загальних положень безпеки (ЗПБ) АЕС вважається безпечною, якщо її радіаційна дія на навколишнє середовище й населення обмежується встановленими нормативами та негативно не впливає на якість підземних вод, що використовуються для господарських та побутових потреб.

Особливе місце серед речовин, що скидаються з АЕС у водоймища і підземні води, займає тритій. Атоми тритію заміщають в органічних молекулах атоми водню, а біологічна дія підсилюється тим, що після випромінювання бета-частин створюється інертний гелій. Тому водневі зв'язки в місці заміщення розриваються, що негативно впливає на процес синтезу органічних структур і може мати вплив на спадковість.

Але в Україні тритієвій проблемі не приділяється належної уваги, відповідної до її значущості. При аваріях на АЕС активність тритію, що надходить в навколишнє природне середовище, зростає на декілька порядків і може негативно вплинути на навколишнє природне середовище та населення.

Програми моделювання розповсюдження забруднення в підземних водах, що існують в даний час, або моделі масопереносу, як, наприклад, FEFLOW 4.9, Flow3D та інші, не забезпечують якісного та швидкого розрахунку розповсюдження радіоактивного забруднення у природному середовищі.

Тому є очевидною необхідність контролю за вмістом тритію в навколишньому середовищі, а моделювання розповсюдження і накопичення тритію в підземних водах при штатній експлуатації та аварійних ситуаціях у безпосередній близькості від АЕС та 30-кілометровій зоні є актуальним.

Зв'язок із науковими програмами, планами, темами. Наукові дослідження по темі дисертації виконувалися відповідно до Законів України “Про використання ядерної енергії та радіаційну безпеку”, “Про поводження з радіоактивними відходами”, „Про захист людини від впливу іонізуючих випромінювань” та до тематичних планів відособленого підрозділу “Запорізька АЕС” (ВП ЗАЕС) на 2000 - 2005 рр.

Мета й завдання дослідження. Метою роботи є наукове обґрунтування безпеки використання підземних вод у районах розташування АЕС та розробка рекомендацій щодо зменшення техногенного впливу тритію на навколишнє середовище. здобувачу належать збір інформації про скидання тритію з АЕС; збирання та підготовка для використання в розрахунках даних про гідрологічні умови в місці розташування Запорізької АЕС; проведення розрахунків і аналіз вмісту тритію на різних стадіях технологічних процесів АЕС; проведення розрахунків і аналіз індивідуальних і колективних доз опромінення населення; виконано збір і обробка даних по активності тритію в ставку-охолоджувачу, запропоновано початкову версію математичної моделі і реалізовано модель у вигляді програми. Зроблені основні висновки, що показують, як через рік із початку введення нових блоків АЕС, концентрація тритію у ставку-охолоджувачу досягає рівноважної величини;

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання: провести дослідження процесів виникнення і накопичення тритію у підземних водах в районі розташування Запорізької АЕС; побудувати математичні моделі, що описують розповсюдження тритію з урахуванням фактичних параметрів; реалізувати ці моделі у вигляді програмного комплексу та виконати їх верифікацію; здійснити прогнозування розповсюдження тритію у підземних водах у районі 30-кілометрової зони та на території промислового майданчика Запорізької АЕС при регламентних та аварійних надходженнях тритію; розробити рекомендації щодо підвищення екологічної безпеки АЕС у частині зниження надходження тритію у навколишнє природне середовище.

Об'єкт дослідження ­ стан системи „навколишнє середовище ­ АЕС” з усіма чинниками, що впливають на неї.

Предмет дослідження ­ процес міграції тритію в підземних водах у районах розташування АЕС.

Методи дослідження базуються на використанні системного аналізу, математичної статистики, математичного моделювання, аналітичній, математичній i картографічній обробці фактичних i фондових матеріалів щодо накопичення, міграції та розповсюдження тритію в підземних водах.

Автор використав аналіз результатів вимірювань, отриманих лабораторією зовнішнього дозиметричного контролю ВП ЗАЕС і Українським науковим центром радіаційної медицини (УНЦРМ).

На основі порівняння отриманих результатів вимірювань, використовуючи відомі теоретичні залежності, побудована математична модель розповсюдження тритію в підземних водах.

Наукова новизна отриманих результатів:

- вперше для зони впливу ЗАЕС проведено комплексне дослідження процесів утворення тритію, перенесення його через технологічні бар'єри, проникнення в підземні води та міграції у підземних водах, що дозволило підвищити рівень екологічної безпеки;

- розроблено та адаптовано для Запорізької АЕС математичні моделі на базі геоінформаційних систем (ГІС), що описують процеси виникнення, накопичення та розповсюдження тритію, з урахуванням фактичних параметрів, ландшафту та гідрогеології;

- шляхом прогнозування радіаційної обстановки, обумовленої впливом тритію, в підземних водах при аварійному скиданні та при штатній експлуатації забезпечена екологічна безпека;

- виконана оцінка дозових навантажень населення, яка обумовлена тритієм, при штатній експлуатації АЕС та при аваріях.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблений програмний комплекс впроваджено та використано в кризовому центрі ВП ЗАЕС і лабораторії зовнішнього дозиметричного контролю, про що є відповідний акт.

Програмний комплекс у кризовому центрі дозволяє при аваріях виконати оцінку радіаційної небезпеки для споживачів підземних вод та проводити ретроспективний аналіз і пошук джерел радіоактивного забруднення підземних вод.

Запропоновано рекомендації по зниженню надходження тритію в навколишнє середовище.

Програмний комплекс може використовуватися у навчальних закладах для проведення практичних занять по розрахунку радіоактивного забруднення підземних вод та дозових навантажень населення.

Особистий внесок здобувача полягає у проведенні експериментальних досліджень, обробці отриманих результатів, формулюванні основних положень та висновків. На основі відомих закономірностей автором побудовано математичні моделі накопичення й розповсюдження тритію та розроблено програмний комплекс і виконано його верифікацію. Побудовано прогнозні карти розповсюдження тритію в підземних водах на промисловому майданчику і в 30-кілометровій зоні спостереження навколо Запорізької АЕС при штатній експлуатації й аварійних скиданнях. Запропоновано рекомендації по обмеженню й запобіганню забруднення підземних вод тритієм.

Автор брав участь у систематизації результатів вимірів тритію в спостережних свердловинах на території промислового майданчика Запорізької АЕС, моделюванні процесу накопичення тритію у водоймі-охолоджувачі Запорізької АЕС.

Апробація результатів дисертації. Основні результати виконаних досліджень доповідалися: на конференції Українського ядерного товариства (м. Севастополь, 2003 р.); другій міжнародній науково-практичній конференції (с. Батіліман, АР Крим, 2003 р.); конкурсі молодих вчених (м. Київ, 2003 р.); третій міжнародній науково-практичній конференції (с. Батіліман, АР Крим, 2004 р.); другій міжнародній молодіжній науковій конференції “Навколишнє середовище - ХХI. Перехід до сталого розвитку” (м. Дніпропетровськ, 2004 р.); четвертій міжнародній науково-практичній конференції (с. Батіліман, АР Крим, 2005 р.).

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 7 наукових робіт [1-7], із яких 4 [1-4]- у виданнях, які відповідають вимогам ВАК України. Одна робота [3] опублікована без співавторів.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаних джерел із 102 найменувань на 9 сторінках та п'яти додатків на 14 сторінках. Повний об'єм дисертації - 145 сторінок. Робота містить 8 таблиць і 30 рисунків (із них 9 рисунків на 7 окремих сторінках, та одна таблиця на окремій сторінці). удосконалено математичний апарат, запропонований представниками МАГАТЕ, виправлено помилки в співвідношеннях, описано розроблену автором програму для визначення концентрації радіоактивних речовин у підземних водах у будь-який момент часу і проведено аналіз похибки визначення концентрації тритію

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету, об'єкт, предмет та задачі дослідження, визначено наукову новизну і практичне значення отриманих результатів, зв'язок роботи з іншими науковими дослідженнями, а також особистий внесок здобувача.

Перший розділ присвячено аналізу стану питання, дано основні відомості про тритій, розглянуто процеси виникнення тритію, а також описано методи очищення скидань від тритію.

Розглянуто роботи вітчизняних та іноземних вчених у цьому напрямку. Особлива увага приділена роботам Б. С. Прістера, Г. Д. Коваленко, С. В. Барбашева, Н. А. Чеканова, Ю. А. Єгорова, В. І. Вiтько, Д. Галериу (Den Galeria) та іншим.

Викладено дію тритію на екологічну систему, показано шляхи міграції тритію від джерел забруднення до споживання людиною продуктів харчування та води.

Показано, що досліджуваний особливо ретельно останнім часом органічно-зв'язаний тритій, являє особливу небезпеку для біосфери. Тритій є глобальним забруднювачем екосистеми, що дозволяє говорити про наявність тритієвої проблеми.

Наведено факти, що показують, що саме атомні електростанції є найважливішим постачальником тритію, у вигляді тритієвої води, в навколишнє середовище.

Описано систему спостереження за підземними водами на території промислового майданчика Запорізької АЕС та в 30-кілометровій зоні спостереження навколо неї. Детально описано систему спостережних свердловин, побудовано картограми розподілу тритію в підземних водах на території промислового майданчика ЗАЕС. Описано методи відбору та обробки проб. розглянуто шляхи реалізації цієї моделі в програмному вигляді з використанням тривимірної графіки

Необхідність контролю за станом навколишнього середовища привела до створення розгалуженої мережі спостережних свердловин на території промислового майданчика Запорізької АЕС. Ця система свердловин стійко функціонує з моменту введення Запорізької АЕС в експлуатацію і дозволяє своєчасно виявити забруднення підземних вод радіоактивними речовинами.

Проте існуюча система спостереження не має можливості прогнозування розповсюдження тритію у підземних водах та не дозволяє виконати ретроспективний пошук джерела забруднення.

До останнього часу контроль за концентрацією тритію в підземних водах проводився недостатньо ретельно. Докази необхідності такого контролю, а також підвищення норм вмісту тритію в скидних водах привели до відновлення моніторингу за тритієм в підземних водах на території промислового майданчика ЗАЕС і в районі 30-кілометрової зони спостереження.

Визначено швидкість надходження активності тритію в теплоносій першого контуру з реактором типу ВВЕР-1000.

При роботі одного енергоблоку Запорізької АЕС розрахункова активність тритію в теплоносії першого контуру до початку перевантаження палива складе (при дефектах твелів типу “газова нещільність” у кількості 0.2%, тобто з досягнутою експлуатаційною межею, з урахуванням усіх реакцій утворення тритію) близько 77 Ки, або близько 463 Ки для всієї ЗАЕС.

Побудовано схему, що показує можливі шляхи надходження тритію від ядерного реактора до навколишнього середовища. Спрощена схема показана на. Детально розглянуто шляхи міграції тритію через технологічні бар`єри і запропоновано рекомендації по запобіганню й обмеженню розповсюдження тритію у навколишньому природному середовищі.

Основні висновки: реактор і теплоносій першого контуру є головні джерела тритію (тритієвої води) на АЕС з водо-водяними енергетичними реакторами (ВВЕР); найважливішим методом запобігання попадання тритію в навколишнє середовище є моніторинг концентрації тритію в теплоносії першого контуру і пов'язаних із ним технологічних середовищ та контроль за герметичністю устаткування, особливо теплообмінних апаратів, що мають значну поверхність теплового перенесення; виявлені місця з підвищеною активністю тритію свідчать про вірогідну наявність витоку технічної води, збагаченої тритієм.

Третій розділ містить опис математичних моделей, що розглядають процеси утворення тритію в активній зоні ядерних реакторів, накопичення тритію в теплоносії першого контуру, накопичення тритію в ставку-охолоджувачі Запорізької АЕС, фільтрацію тритію в зоні аерації і розповсюдження тритію в підземних водах.

Модель динаміки для концентрації тритію в ставку-охолоджувачі може бути представлена у вигляді:

де

С - концентрація тритію в ставку-охолоджувачі, Бк/л;

ефективна швидкість зміни концентрації нукліду в об'єкті, c-1;

С01 - початкова концентрація тритію у ставку-охолоджувачі, Бк/л;

С0 - концентрація тритію в скиданнях, Бк/л;

G - розхід скиду тритієвої води у ставок, л/с;

m - об`єм ставка, л;

t - час, с.

У цьому ж розділі виконано порівняння чисельних методів моделювання з аналітичним рішенням рівняння накопичення тритію і доведено адекватність чисельного моделювання для подібних розрахунків.

Визначено основні залежності, що визначають швидкість фільтрації у ґрунтові води, що містить тритій, і швидкість розповсюдження тритію у воді на основі моделі, запропонованої у Міжнародному агентстві з атомної енергії (МАГАТЕ).

Для математичного опису процесу переміщення тритію в ґрунтових водах потрібні детальні розрахунки по гідрогеології досліджуваного елементу. Проте, за допомогою функції Гріна, яка називається також функцією “імпульсної відповіді”, можна значно спростити розрахунки і визначити концентрацію як функцію від часу і простору при миттєвому інжектуванні тритію.

Аналіз концентрації тритію виконано МАГАТЕ для вертикальної 2D-проекції. Розробки МАГАТЕ рекомендують такий підхід: концентрація тритію при горизонтальній координаті x від початку потоку й глибині z при часі t визначиться рівнянням:

де

g1, g3 - функції Гріна для горизонтального та вертикального переміщення;

- емпіричні межі інтеграції по осі х, м;

- час від початку скидання, с;

- відстань від джерела до елементу (точки скиду), м.

Функція g1 описує необмежене горизонтальне переміщення тритію. Ця функція визначається як функція Гауса з урахуванням зміни головного потоку води по горизонталі:



де:

- основний горизонтальний компонент швидкості вертикального переміщення води, м/с;

- коефіцієнт дисперсії в горизонтальному напрямку, м2/с.

Функція g3, яка описує переміщення тритію у вертикальному напрямку дещо складніша через наявність граничних умов, тобто обмеженості висоти водоносного пласту. Функція g3 має рішення для миттєвого інжектування на межі. Розв`язання було отримане в 1978 г. Крефтом і Зубером для відомого потоку і концентрації:

Де - вертикальна компонента швидкості міграції води, м/с;

- коефіцієнт дисперсії у вертикальному напрямі, м2/с;

- глибина досліджуваної точки від поверхні, м;

- ефективна поруватість, %;

- щільність потоку тритію через елементарну поверхність, Бк/м2·с;

- концентрація тритію на водоносному горизонті, Бк/м3.

Використані вище значення висоти водоносного пласта h, вертикальної і горизонтальної швидкості потоку води (відповідно u і w) повинні задовольняти умовам балансу води і визначаються таким чином:



де

- товщина водоносного пласта, м;

- ефективна поруватість по потоку, %;

- горизонтальна відстань від точки розділення потоку, м. Позитивний напрямок осі відповідає напряму руху потоку;

- проникність потоку, м/с;

- відстань від поверхні до початку водоносного пласта, м;

- коефіцієнт Дарсі, м/с.

Аналіз співвідношень (2-7) та аналіз літературних джерел по гідрогеології показав, що для достовірного рішення рівняння (2) необхідно привести співвідношення (3) до вигляду:

Слід особливо відзначити різницю між виразами (3) і (9): функції Гріна g1 та g3 повинні повертати величину з розмірністю (с-1), проте результатом розв`язання виразу (3) є величина з розмірністю (м-1). Виконаний аналіз показав, що для отримання достовірного розв`язання вираз (4) повинен бути перетворений до вигляду (9).

Для перекладу двовимірного розв`язання в тривимірне, вводимо додаткову вісь 0y і обчислюємо відстань до досліджуваної точки як проекцію на вісь, що сполучає купол розповсюдження з водоприймачем, як показано у співвідношенні (10). Аналіз літератури по гідрогеологічному прогнозуванню показав можливість виконання такого підходу.



Аналіз також показав, що співвідношення (4) і (5) є ідентичними. Таким чином, для подальших розрахунків можемо застосовувати вираз (11):

Тоді й співвідношення (3) можна записати у вигляді:

Описані моделі були реалізовані у вигляді програм та виконано верифікацію розробленого програмного комплексу.

Повна похибка методу прямокутників складає 0(n-1), де n - число інтервалів; іншими словами, при розбитті інтервалу на 104 відрізків ми отримаємо точність 10-4, або 0.01%. Очевидно, що така точність є цілком прийнятною, а простота алгоритму дозволила скоротити витрати машинного часу.

h0 - висота водоприймача (у нашому випадку - поверхні водосховища) над рівнем моря, м;

V - коефіцієнт Дарсі, м/c;

K - коефіцієнт проникності, м/с;

L - відстань від найвищої точки розташування ґрунтових вод у області живлення регіону до водоприймача (водосховища) по горизонталі, м;

? - відстань по горизонталі від найвищої точки розташування ґрунтових вод до точки скиду, м;

p - коефіцієнт поруватості, %;

z - глибина досліджуваної точки від поверхні водоносного пласта, м;

x - відстань досліджуваної точки від верхнього вододілу, м;

ах, az - коефіцієнти, що враховують особливості дисперсії по осі x і z, відповідно, м.

Обчислюємо відстань до досліджуваної точки як проекцію на вісь, що сполучає купол із водоприймачем. Надалі ця відстань “x” використовується для обчислення гідравлічної висоти, швидкостей горизонтального (з урахуванням кута між напрямом на досліджувану точку і віссю, що сполучає купол із водоприймачем) та вертикального переміщення, і далі.

Програма написана мовою C++ і складається з декількох файлів, кожний з яких виконує своє завдання. У зв'язку з використанням мультiплатформених програм розроблено версію програми, яка працює під ОС MS Windows. тритій атомний електростанція реактор

Програма, забезпечена вичерпними коментаріями, що дозволяють легко вносити зміни до розрахункових алгоритмів та її калібрування.

Калібрування програми проводиться шляхом коректування відповідних коефіцієнтів.

Верифікація запропонованого програмного комплексу виконувалася шляхом уведення “стандартних” гідрогеологічних характеристик. Для цього була вибрана ділянка поверхні протяжністю 10 км, що має непроникний шар (водоупор) на гідравлічній глибині (h) 59 м. у точці скидання тритію, і водоприймач на висоті (h) 1 м.

Концентрація тритію (С) у точці постійного скидання дорівнює 500·10-3 Бк/м3, швидкість інфільтрації (V) дорівнює 0.15 м/рік, проникність (K) дорівнює 10-4м/с, ефективна поруватість (p) дорівнює 30%, “висока” дисперсність приймається рівною 0.5 м, а “низька” - 0.05 м. Точка скидання розділяє поверхню навпіл (по горизонталі). Розрахунок проводиться для точки, що знаходиться на віддаленості 1 км від точки скидання вниз за течією. Дисперсність по горизонталі приймається рівною 50 м. Час, що пройшов після початку скидання (t), приймається рівним 20 рокам.

Для оцінки похибки побудовано графіки для моделей, що мають максимальне відхилення від середнього значення розрахункової концентрації тритію потім визначено коефіцієнт кореляції між результатами роботи розробленої автором моделі і моделями, запропонованими МАГАТЕ.

Отримані коефіцієнти кореляції були усереднені. Як видно з, розроблена програма показує гарну збіжність між результатами роботи програми й розрахунками по програмі МАГАТЕ, із коефіцієнтами кореляції для мінімальних значень рівних .98, для максимальних - 0.89, і середнім коефіцієнтом кореляції - 0.94.

Четвертий розділ присвячено моделюванню накопичення та розповсюдження тритію при штатній експлуатації і при аваріях.

Залежність активності тритію в теплоносії прямо пропорційна кількості тепловиділяючих елементів, що містять дефекти. Прогноз показує, що до кінця першого року кампанії тритієва активність першого контуру складе близько 77 Ku на кожний енергоблок, або 463,5 Ки для ЗАЕС в цілому, що добре узгоджується з результатами вимірювань. Внесок інших реакцій до загальної кількості тритію, що утворюється, незначний.

В розділі приведено основні гідрогеологічні характеристики 30-км зони спостереження, промислового майданчика ВП ЗАЕС, ставка-охолоджувача і Каховського водосховища. Накопичення тритію в ставку-охолоджувачі пов'язане з процесами скидання тритію з конденсаторів турбін та спеціальних корпусів, де перероблюють радіоактивні відходи; продувкою бризкальних басейнів. Зменшення концентрації тритію в ставку-охолоджувачі пов'язано з процесами радіоактивного розпаду, випарювання і краплинного віднесення з поверхні, дифузії в підземні води, продувкою в Каховське водосховище.

Як видно з рис. 5, дані моделювання для 1998 - 2002 рр. добре узгоджуються з даними вимірів. Виміри, проведені в 1994 р. показали середню активність тритію в ставку-охолоджувачу, рівну 250 Бк/л при активності в бризкальних басейнах (ББ) 240 Бк/л.

Розрахунок показав активність у ставку-охолоджувачу в 1994 г, рівну 235 Бк/л.

Показано, що концентрація тритію в ставку-охолоджувачу швидко стабілізується за час експлуатації ЗАЕС (і сховищ відпрацьованого палива, якщо такі є на території) і практично вирівнюється з активністю тритію у скидних водах.

Сумарна активність тритію у ставку-охолоджувачу ЗАЕС при штатному режимі роботи дорівнює 195 Ки.

Виконано розрахунки щодо прогнозування розповсюдження тритію в підземних водах у районі розташування Запорізької АЕС при штатній експлуатації і при порушеннях штатної експлуатації (аваріях) з урахуванням гідрогеологічних характеристик досліджуваного регіону, а також прогнозні дозові навантаження населення.

При штатній експлуатації АЕС середня об'ємна активність тритію у скидних водах із блоку АЕС (із реактором типа ВВЕР) не перевищує 2 Бк/м3. Ця величина обумовлена усередненим значенням скидання тритію за час спостереження на Запорізькій АЕС. Згідно з розрахунком, отримаємо, що до моменту досягнення тритієм водосховища його концентрація буде нижча 0.5 Бк/м3, тобто менше нижньої межі небезпеки, встановленої для України (30 кБк/л), проте практично досягне нормативу для країн Європейського Союзу - 0.78 Бк/м3.

Для промислового майданчика ЗАЕС (рис. 6) розрахунки показують, що через три місяця після початку скидання в районі спеціального хімічного корпусу номер два з активністю 6,7 МБк/л (можливе аварійне скидання тритію із системи очищування води шляхом випарювання СВО-6) з об`ємом 1600 м3 (об`єм баків цієї системи на спеціальних хімічних корпусах) протягом трьох місяців (період між двома вимірюваннями активності тритію у підземних водах) та сумарною активністю 290 Ки, концентрація на локальному ставку-охолоджувачі досягне критичної величини у один МБк/л, що перевищує встановлений для України норматив для питної води.

При цьому колективна доза для населення м. Енергодар складе 6,0 Гр.

ВИСНОВКИ

Вперше проведено комплексні дослідження впливу тритію, виникнення якого пов'язане з експлуатацією ЗАЕС, на водні системи, які розташовані на промисловому майданчику, 30-км зону спостереження та населення. У зв'язку з цим у дисертаційній роботі:

1. Встановлено та досліджено джерела надходження тритію в навколишнє середовище в межах зони нагляду ВП ЗАЕС, у тому числі в Каховське водосховище, ставок-охолоджувач та підземні води.

2. Розроблено математичні моделі для процесів утворення тритію в активній зоні (за рахунок реакції на ядрах 10B і за рахунок виходу з твелів) та накопичення тритію в ставку-охолоджувачу.

3. Розроблено математичну модель фільтрації тритію в зоні аерації та розповсюдження тритію в підземних водах. На базі цієї моделі розроблено програмний комплекс розрахунку концентрації тритію (або інших радіоактивних речовин) у будь-якій точці ґрунтових вод із тривимірним графічним інтерфейсом. Програмний комплекс пройшов випробування й упроваджений у кризовому центрі та в лабораторії зовнішнього дозиметричного контролю ВП ЗАЕС.

4. Виконано оцінку достовірності розроблених математичних моделей. Усі запропоновані моделі мають гарну збіжність між результатами моделювання та вимірювань. Це дозволяє застосувати розроблені моделі для аналізу процесів накопичення та розповсюдження тритію в навколишньому природному середовищі в місцях розташування АЕС.

5. Доведено, що при штатній експлуатації ЗАЕС концентрація тритію у водоймищах та в підземних водах не перевищує нормативи та не є небезпечною для населення м. Енергодар. При аварійних ситуаціях, пов'язаних із скиданнями тритію, існує екологічна небезпека для м. Енергодар та інших населених пунктів, розташованих нижче за течією р. Дніпро.

6. Показано, що тритій є екологічно небезпечним для біосфери ставка-охолоджувача АЕС, Каховського водосховища. При аварійному скиданні тритію останній досягне води водосховища раніше, ніж через місяць, при цьому його концентрація залишатиметься достатньо високою для спричинення шкоди органічному середовищу. Умови експлуатації ЗАЕС сприяють накопиченню активності тритію в ставку-охолоджувачу із стабілізацією біля максимального середнєвагомого (близько 95%) значення концентрації тритію у скидних водах із ЗАЕС.

7. Запропоновано основні рекомендації по зниженню кількості надходження тритію в навколишнє середовище, серед яких: підвищення рівня контролю за станом теплообмінної поверхні апаратів, застосування нових точок та методів контролю за станом технологічних середовищ, впровадження системи глибокого очищення води від тритію, захист питного водозабору шляхом створення гідравлічної завіси.

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Коваленко Г.Д, Седнєв В.А., Турбаєвський В.В. Накопичення і міграція тритію в районах розташування АЕС з реакторами ВВЕР // Ядерна і радіаційна безпека. - 2004. - №2. - С. 47-53.

2. Вітько В.І., Коваленко Г.Д., Седнєв В.А., Турбаєвський В.В. Моделювання процесу міграції тритію в ставку-охолоджувачу АЕС із реакторами ВВЕР // Проблеми охорони навколишнього природного середовища та екологічної безпеки: Збірник наукових праць - Харків, Факт, 2004. - C. 33-39.

3. Турбаєвський В.В. Вплив атомних електростанцій на забруднення підземних вод тритієм // Збірник наукових праць СНIЯЕiП. - Севастополь, 2003, №9. - С. 150-154.

4. Коваленко Г.Д, Турбаєвський В.В. Моделювання розповсюдження тритію в підземних водах при нормальній експлуатації і порушеннях у роботі Запорізької АЕС // Збірник наукових праць СНIЯЕiП. - Севатополь, 2005, №15 - С. 201-207.

5. Коваленко Г.Д., Турбаєвський В.В. Деякі питання моделювання розповсюдження тритію в ґрунтових водах // Ядерні й радіаційні технології - 2004 - т.4, №3. - С. 46-52.

6. Коваленко Г.Д., Седнєв В.А., Турбаєвський В.В. Моделювання процесів накопичення і розповсюдження тритію на АЕС з УВЭР // Довкілля-XXI. Перехід до сталого розвитку: матер. другої міжнар. наук. конф. - Дніпропетровськ: Інститут проблем природокористування і екології НАН України, 2004. - С. 79-82.

7. Коваленко Г.Д., Турбаєвський В.В. Моделювання розповсюдження тритію в підземних водах // Енергоiнформ, 2005 - С. 100.

АНОТАЦІЇ

Турбаєвський В.В. Міграція тритію в підземних водах у районі розташування Запорізької АЕС. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 21.06.01 - екологічна безпека. - Український науково-дослідний інститут екологічних проблем, Харків, 2006.

Дисертація присвячена дослідженню й моделюванню розповсюдження тритію в підземних водах у районі розташування об'єктів ядерно-технологічного циклу. У роботі розглянуто основні джерела тритію на АЕС із реакторами ВВЕР, запропоновано методи запобігання й обмеження попадання тритію в навколишнє середовище, розроблено математичну модель, що описує розповсюдження тритію в зоні аерації і підземних водах. Також розроблено математичні моделі процесів утворення, накопичення та міграції тритію у технологічних середовищах атомних електростанцій із реакторами ВВЕР. На базі цих моделей розроблено i впроваджено на Запорізькій АЕС програмний комплекс, що дозволяє прогнозувати розповсюдження тритію в ґрунтових водах при штатній експлуатації та при аваріях на АЕС. Проведено верифікацію розробленого програмного комплексу, яка показала хорошу збіжність між результатами вимірювань та результатами математичного моделювання. Досягнутий високий коефіцієнт кореляції між розробленими моделями та моделями, запропонованими МАГАТЕ, дозволяє рекомендувати розроблений комплекс для впровадження на інших об`єктах ядерного циклу та в навчальних закладах. На основі прогнозів можуть розроблятися заходи щодо захисту персоналу й населення. Розроблено рекомендації щодо зниження концентрації тритію в скидних водах.

Ключові слова: екологічна безпека, тритій, забруднення, розповсюдження, моделювання, заходи, АЕС.

Turbaevsky V.V. Migration of tritium in the underground water at region of Zaporizhzhya NPP. - Manuscript.

The dissertation for a candidate of technical science degree on specialty 21.06.01 - ecological safety. - Ukrainian research institute of ecological problems, Kharkov, 2006.

The dissertation is devoted research and design transport of tritium in underground water at region of location objects of nuclear-technological cycle. At work are considered the basic sources of tritium on NPP with the reactors PWR. Also are considered the methods of prevention and limitation tritium transport in the environment, developed a mathematical model, describing transport of tritium in the area of aeration and underground water. Also developed the mathematical models for the process burning, accumulation and migration of tritium in the technological surroundings at the nuclear power plant with the reactor with type PWR. On the base of this model is developed a programmatic complex, allowing forecasting transport of tritium in underground water during normal exploitation and at failures on NPP. Verification of developed programmatic complex are showed good coincidence between of results of modeling and results of measuring concentration of tritium. High correlation coefficient between developed models and models of IAEA allows recommending the developed complex for introduction on the objects of the nuclear cycle and high school. On the basis of forecast measures can be developed on defense of personnel and population. Is developed main recommendations for decrease concentration of tritium in the pollution water from NPP.

Keywords: ecological safety, tritium, pollution, transport, modeling, measures, NPP.

Турбаевский В.В. Миграция трития в подземных водах в районе расположения Запорожской АЭС. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 21.06.01 - экологическая безопасность. - Украинский научно-исследовательский институт экологических проблем, Харьков, 2006.

Диссертация посвящена исследованию и моделированию распространения радиоактивных загрязняющих веществ, на примере трития, в подземных водах в районах расположения предприятий ядерно-технологического цикла на примере Запорожской АЭС.

В работе решается проблема - наличие загрязнения подземных вод тритием и отсутствие механизмов, позволяющих моделировать распространения трития в подземных водах, а также позволяющих производить ретроспективный анализ и поиск источников трития по имеющейся картине распространения радиоактивных веществ. Кроме того, до настоящего времени не проводился анализ степени опасности трития для населения близлежащих городов, в том числе для города-спутника Запорожской АЭС Энергодара. Решению этих проблемы и посвящена данная работа.

В работе установлены основные источники трития на АЭС с реакторами типа ВВЭР, выполнена прогнозная оценка количества образовавшегося трития на АЭС с реакторами типа ВВЭР в результате различного вида взаимодействий, рассмотрены важнейшие пути переноса трития от источника в окружающую среду, предложены мероприятия по предотвращению попадания трития в окружающую среду, своевременному обнаружению источников и их локализации, выполнена оценка дозовых нагрузок населения вследствие негативного воздействия трития.

Предложены мероприятия, обеспечивающие снижение концентрации трития в сбросах, указаны возможные источники трития на АЭС с реакторами ВВЭР, среди этих источников выделены наиболее вероятные. На технологических схемах показаны пути распространения воды, содержащей тритий, что позволяет своевременно организовать отбор проб теплоносителя и определение наличия трития в них. В дальнейшем возможно применение автоматических анализаторов для предотвращения распространения трития за пределы технологических систем.

Построены математические модели, описывающие процессы образования и накопления трития в теплоносителе первого контура АЭС, и эти модели реализованы в виде программ.

Рассмотрены основные способы очистки сбросных вод от трития и его соединений, показана методика отбора и обработки проб, построены карты распространения трития на промышленной площадке Запорожской АЭС на текущее время и прогноз распространения при штатной эксплуатации и нарушениях штатной эксплуатации (авариях).

Сделаны основные выводы по картине распространения трития при штатной эксплуатации АЭС и при аварийных сбросах трития в окружающую среду. Доказано, что при штатной эксплуатации атомные электростанции с реакторами типа ВВЭР (тип В-320) не представляют значительной опасности как источник трития для окружающей среды, так как при этом установленные нормативы, в том числе и для стран Европейского Союза, превышены не будут. Но при аварийных сбросах трития опасность для расположенных на незначительном расстоянии населенных пунктов, а также для биосферы пруда-охладителя АЭС и Каховского водохранилища, весьма значительна. В работе определены индивидуальные и коллективные дозы облучения населения, обусловленные тритием.

В работе определены основные математические зависимости, описывающие процессы распространения радиоактивных веществ в грунтовых водах. Используя полученные соотношения в качестве основы, написан программный комплекс, позволяющий не только рассчитывать и прогнозировать активность и концентрацию трития (или другого радиоактивного вещества) в любой исследуемой точке, но и предоставлять пользователю трехмерное графическое изображение, на котором наглядно видна картина распространения трития в подземных водах с течением времени.

Проведенная верификация программного комплекса показала хорошую сходимость между результатами измерений активности трития в подземных водах и технологических средах, и результатами математического моделирования. Кроме того, достигнутый высокий коэффициент корреляции разработанного программного комплекса и математических моделей, предложенных МАГАТЭ, позволяет рекомендовать программу для использования на других объектах ядерного цикла и в учебных заведениях.

Разработанный программный комплекс прошел испытание и внедрен в кризисном центре и лаборатории внешнего дозиметрического контроля ОП ЗАЭС и получил высокие оценки специалистов. Применение такого комплекса позволяет в случае аварийного сброса трития (или другого радиоактивного вещества) своевременно принять меры по защите персонала и населения и предотвратить нарушения в здоровье людей.

Ключевые слова: тритий, подземные воды, миграция, загрязнение, АЭС, моделирование, мероприятия, экологическая безопасность.

Размещено на Allbest.ru

...