4.1 Воздействие АЭС на человека

5. Загрязнение от АЭС

5.1 Шумовое загрязнение

6. Аварии на АЭС

6.1 Список радиационных аварий

Атомные электростанции - словосочетание почти пугающее, столько ужасов о них сказано. Однако стоит чуть разобраться в вопросе, как становится понятно - на самом деле тема намного сложнее, чем может показаться, а активисты не всегда так уж правы. Вопросы современного строительства и использования атомных электростанций, а также и того, почему против них так активно протестуют - ниже.

9 мая 1954 года в Лаборатории "В" началась загрузка активной зоны реактора АЭС топливными каналами. При внесении 61-го топливного канала было достигнуто критическое состояние, в 19 ч. 40 мин. В реакторе началась цепная самоподдерживающаяся реакция деления ядер урана. Состоялся физический пуск атомной электростанции.

В 1951 году в лаборатории "В" создан материаловедческий отдел. Начальником отдела назначен В.С.Ляшенко. 25 февраля 1954 года образован технологический отдел, руководителем назначен В.А.Малых.

В июне 1950 года директором Лаборатории "В" назначен член-корреспондент АН СССР Дмитрий Иванович Блохинцев. В декабре того же года создан Ученый Совет для подготовки научных кадров высшей квалификации. В совет вошли: А.И.Лейпунский, Д.И.Блохинцев, Н.В.Агеев, О.Д.Казачковский, А.К.Красин, П.Н.Слюсарев, П.Д.Горбачев.

Осенью 1949 г. после успешного испытания первой атомной бомбы, когда уже на первом промышленном реакторе производился плутоний, когда было организовано и освоено в промышленном масштабе производство обогащенного урана, началось активное обсуждение проблем и направлений создания энергетических ядерных реакторов для транспортного применения (корабли, самолеты) и получения электроэнергии и тепла.

Атомные станции классифицируются по двум признакам, по виду энергии которую они выпускают и по типу реакторов. В зависимости от типа реактора определяется количество вырабатываемой энергии, уровень безопасности, а также то, какое именно сырьё применяется на станции.

По типу энергии, которую производят станции, они делятся на два вида:

Атомные электростанции. Их основной функцией является выработка электрической энергии.

Атомные теплоэлектростанции. За счёт установленных там теплофикационных установок, использующих тепловые потери, которые неизбежны на станции, становится возможен нагрев сетевой воды. Таким образом, данные станции помимо электроэнергии вырабатывают тепловую энергию.

Исследовав множество вариантов, учёные пришли к выводу, что наиболее рациональными являются три их разновидности, которые в настоящее время и применяются во всём мире. Они отличаются по ряду признаков:

1. Используемое топливо;

2. Применяемые теплоносители;

3. Активные зоны, эксплуатируемые для поддержания необходимой температуры;

4. Тип замедлителей, определяющий снижение скорости нейтронов, которые выделяются при распаде и так необходимые, для поддержки цепной реакции.

Самым распространённым типом, является реактор, использующий в качестве топлива обогощенный уран.

В качестве теплоносителя и замедлителя здесь используется обыкновенная или лёгкая вода. Такие реакторы называют лёгководными, их известно две разновидности.

В первом, пар служащий для вращения турбин, образуется в активной зоне, называемой кипящим реактором. Во втором, образование пара происходит во внешнем контуре, который связан с первым контуром посредством теплообменников и парогенераторов. Данный реактор, начали разрабатывать в пятидесятых годах прошлого столетия, основой для них, были армейские программы США. Параллельно, примерно в эти же сроки, в Союзе разработали кипящий реактор, в качестве замедлителя у которого, выступал графитовый стержень.

Реактор первой на планете АЭС, представлял собой весьма разумную и жизнеспособную конструкцию, что и было доказано в ходе многолетней и безупречной работы станции. Среди его составных элементов выделяли:

Задача первых реакторов- производство материалов для атомных бомб, в частности, плутония. Плутоний- радиоактивный элемент с очень долгим сроком жизни. Его период полураспада - 24.000 лет. Для военных целей плутоний, наработанный в реакторах, при помощи сложных химических процессов извлекался и использовался для производства атомных бомб .Сейчас плутоний для бомб не нужен, и он остаётся в радиоактивных отходах атомных электростанций ,серьёзно увеличивая их опасность для человека и окружающей среды.

Плутоний губителен для всего живого. Этого элемента не существовало на Земле до начала строительства ядерных реакторов. Живые организмы в ходе эволюции не были приспособлены к присутствию этого радиоактивного элемента, поэтому его действие столь вредоносно.

Техногенные воздействия на окружающую среду при строительстве и эксплуатации атомных электростанций многообразны. Обычно говорят, что имеются физические, химические, радиационные и другие факторы техногенного воздействия эксплуатации АЭС на объекты окружающей среды. Наиболее существенные факторы:

Загрязнение среды проживания вредно отражается на здоровье людей, приносит значительные убытки народному хозяйству. В последнее время обстановка ухудшилась настолько, что много районов объявлены районами экологического несчастья.

Один из самых обычных радионуклеидов в выбросах АЭС радионуклид - цезий-137. Он быстро концентрируется в пищевых цепочках и, попадая в организм человека, задерживается в мускульных клетках, являясь причиной одного из разновидностей раковых заболеваний - саркомы. Стронций-90 также присутствует в выбросах большинства АЭС. Попадая в организм человека, он может замещать кальций в твердых тканях и грудном молоке. Он ведет к развитию рака кости, рака крови (лейкемии), к раку груди.

Один из глобальных радионуклидов - криптон-85 - поглощается тканями тела при дыхании и хорошо растворяется в жировых тканях человека и животного. Известно, что даже малые дозы облучения криптоном-85 могут повысить частоту рака кожи (Sumner, 1993). Особенно опасен он для беременных.

Стремительно растут концентрации в биосфере радиоуглерода. Есть расчёты, что он уже приводит к увеличению дозовых нагрузок на различные ткани человека в несколько раз.

Какой бы ничтожной ни была концентрация плутония, в случае его попадания в организм человека, последствия могут быть самыми тяжёлыми: рак крови, костей, лёгких, печени, уродства у новорождённых (плутоний - не только радиоактивный, но и токсичный элемент).

Среди опасных для человека радионуклидов, распространяющихся вокруг АЭС - радиоактивный йод (йод-128, йод-131). В экспериментах на млекопитающих йод вызывает нарушение гормонального уровня, летаргию и ожирение (увеличение массы тела).

Была высказана гипотеза о влиянии заметного уровня загрязнения радиоактивным йодом территории США (в результате выбросов АЭС и производства ядерного оружия) на увеличение среднего веса жителей США. Мало изучены, но теоретически весьма опасны последствия замещения в живых тканях обычного водорода на тритий. Концентрация трития в питьевой воде Екатеринбурга в результате выбросов Белоярской АЭС втрое выше фонового уровня.

Но при этом атомщики утверждают, что состояние здоровья у них лучше, чем в других отраслях, а по продолжительности жизни они чуть ли не рекордсмены в России. Для этого были некоторые основания, совсем не связанные с благотворным влиянием радиации на организм человека. Просто в закрытых административных территориальных образованиях (ЗАТО), какими являлись все "атомные" города, да и полузакрытых городах около АЭС (Курчатов, Десногорск, Заречный, Сосновый Бор и др.), жизнь в советское время была налажена значительно лучше и по снабжению полноценными продуктами питания, и по медицинскому обслуживанию, чем на остальной территории СССР. Да и обживали эти ЗАТО преимущественно молодые и здоровые люди. Тем более показательно, что здоровье 1 млн. 670 тыс. человек "персонала" предприятий ядерно-топливного цикла (включая АЭС) и проживающего в районах их расположения "населения Минатома" оказывается по многим показателям хуже, чем остального населения России.

Состояние здоровья работников и "населения" Минатома России:

По состоянию на 2009 год в мире действовало 437 энергетических ядерных реактора, генерирующих почти 16 процентов мировой электроэнергии.

Для обеспечения этих АЭС ядерным топливом необходимо ежегодно почти 4000т природного урана.

При ядерных реакциях, происходящих в активной зоне реактора, выделяются радиоактивные газы: ксенон 133Xe (Т1/2 = 5 сут), криптон 85Kr (Т1/2 =10 лет), радон 222Rn (Т1/2 =3.8 сут) и другие. Эти газы поступают в фильтр-адсорбер, где теряют свою активность и только после этого выбрасываются в атмосферу. В окружающую среду поступает также некоторое количество изотопа углерода 14С и трития 3Н.

Другой источник родионуклидов, попадающих в окружающую среду от функционирующих АЭС, - дебалансная и техническая вода. ТВЭЛы, находящиеся в активной зоне реактора, часто деформируются, и продукты деления попадают в теплоноситель.

Дополнительным источником радиации в теплоносителе являются РН, образующиеся в результате облучения материалов реактора нейтронами. Поэтому периодически вода первого контура обновляется и очищается от РН. Выбросы АЭС на 99.9% состоят из инертных радиоактивных газов (ИРГ). В процессе деления образуется около 20 радиоизотопов криптона и ксенона, из которых основной вклад в ИРГ вносят изотопы криптона 88Kr (период полураспада 2.8 ч) и ксенона 133Хе (5.3 сут), 135Хе (9.2 ч) дающие различный вклад, в зависимости от типа реактора. На долю всех оставшихся радионуклидов (в основном это 131I, 60Co, 134Cs, 137Cs и тритий 3H) приходится менее одного процента.

Еще в меньшем количестве наблюдаются выбросы небольшого количества продуктов коррозии реактора и первого контура и осколков деления ядер урана 51Cr, 54Mg, 95Nb, 106Ru, 144Cs. Для Российских АЭС в среднем в численном выражении это составляет на 1 ГВт·ч выработанной электроэнергии 5•1012 Бк для ИРГ, и 4•107 Бк для суммы всех остальных радионуклидов.

Большинство радионуклидов газоаэрозольных выбросов, включая ИРГ, имеют довольно небольшой период полураспада и без ущерба для окружающей среды распадаются, не успевая поступить в атмосферу. Тем не менее, для обеспечения безопасности по отношению к этим радионуклидам на АЭС, как правило, предусмотрена специальная система задержки газообразных выбросов в атмосферу.

Характер и количество газообразных радиоактивных выбросов зависит от типа реактора и системы обращения с этими отходами.

Говоря о негативных моментах работы атомных электростанций - постоянный радиационный фон, необходимость хранения радиационных отходов и, конечно, риски крупных аварий, подобных японским Мондзю, Токаймура, Фукусима - мы забываем о том, что атомная электростанция - это огромный промышленный объект, который, как и другие предприятия, создает шумовое загрязнение.

Шумовое загрязнение - это чисто антропогенный фактор, который нарушает жизнь человека. Помимо транспортных средств - самолетов, поездов, автомобилей - шумовое загрязнение в городе создают крупные предприятия. Причем они создают проблемы, как для своих работников, так и для жителей жилых домов, расположенных вблизи от них.

Шумовое загрязнение помимо психологических, вызывает и физиологические нарушения у людей, в частности артериальную гипертензию, а иногда и потерю слуха. К примеру, пять лет работы возле источника шума в 100 дБ приведут в 12% случаев к нарушениям слухового аппарата, 10 лет выявят проблемы уже у 29% и так по возрастающей. Важным моментом является и снижение производительности труда работников, а также их концентрации, что предельно важно для работников АЭС.

Атомные электростанции, как и другие типы электростанций, формируют значительное шумовое загрязнение. Выше упомянутый уровень шума в 100 дБ достигают работающие паровые турбины АЭС. Даже градирни АЭС, в которых идет процесс охлаждения пара, создают шум в районе 80-90 дБ. Тем не менее, большинство АЭС расположены на удалении от крупных населенных пунктов, поэтому от создаваемых ими шумов, в большинстве случаев страдают сами работники станций.

Именно поэтому на атомных электростанциях применяют множество методик, которые позволяют снизить шумы. Снижение шума достигается специальными глушителями для вентиляторов, компрессоров, турбин, установкой шумоизоляционных заслонов и кожухов. Глушители рассеивают потоки шума, либо направляют его от зоны работы персонала.

К примеру, в 2014 году после петиции противников расширения АЭС Дукованы в Чехии было проведено масштабное исследование, как на самой станции, так и в населенных пунктах близ неё на момент наличия шумового загрязнения.

Полученные данные позволили судить, что шумы от АЭС Дукованы оказались значительно ниже разрешенных законодательством норм. Мэр близлежащего города Славетице Ян Дрекслек высказался по этому поводу, что проблемы с шумом возникают только при запуске реактора после остановки, а сам он является сторонником расширения АЭС Дукованы.

Бурное развитие атомной промышленности и атомной энергетики, расширение сферы применения источников радиоактивности обусловили появление радиационной опасности и риска возникновения радиационных аварий с выбросом радиоактивных веществ и загрязнением окружающей среды. Радиационная опасность может возникать при авариях на радиационно опасных объектах (РОО). РОО -- объект, на котором хранят, перерабатывают, используют или транспортируют радиоактивные вещества и при аварии, на котором или его разрушении может произойти облучение ионизирующим излучением или радиоактивное загрязнение людей, сельскохозяйственных животных и растений, объектов народного хозяйства, а также окружающей природной среды. В настоящее время в России функционирует более 700 крупных радиационно опасных объектов, которые в той или иной степени представляют радиационную опасность, но объектами повышенной опасности являются атомные станции.

Практически все действующие АЭС расположены в густонаселенной части страны, а в их 30-километровых зонах проживает около 4 млн. человек. Общая площадь радиационно дестабилизированной территории России превышает 1 млн. км2, на ней проживает более 10 млн. человек.

Аварии на РОО могут привести к радиационной чрезвычайной ситуации (РЧС). Под радиационнойчрезвычайной ситуацией понимается неожиданная опасная радиационная ситуация, которая привела или может привести к незапланированному облучению людей или радиоактивному загрязнению окружающей среды сверхустановленных гигиенических нормативов и требует экстренных действий по защите людей и среды обитания.

Радиологические последствия (эффекты) различаются по времени их проявления: ранние (не более месяца после облучения) и отдаленные, возникающие по истечении длительного срока (годы) после радиационного воздействия.

Последствия облучения организма человека заключаются в разрыве молекулярных связей; изменении химической структуры соединений, входящих в состав организма; образовании химически активных радикалов, обладающих высокой токсичностью; нарушении структуры генетического аппарата клетки.

В результате изменяется наследственный код и происходят мутагенные изменения, приводящие к возникновению и развитию злокачественных новообразований, наследственных заболеваний, врожденных пороков развития детей и появлению мутаций в последующих поколениях.

Они могут быть соматическими (от греч. soma -- тело), когда эффект облучения возникает у облученного, и наследственными, если он проявляется у потомства.

Наиболее чувствительны к радиационному воздействию кроветворные органы (костный мозг, селезенка, лимфатические узлы), эпителий слизистых оболочек (в частности, кишечника), щитовидная железа. В результате действия ионизирующих излучений возникают тяжелейшие заболевания: лучевая болезнь, злокачественные новообразования и лейкемии.

Радиоактивное загрязнение окружающей среды является наиболее важным экологическим последствием радиационных аварий с выбросами радионуклидов, основным фактором, оказывающим влияние на состояние здоровья и условия жизнедеятельности людей на территориях, подвергшихся радиоактивному загрязнению.

Основными специфическими явлениями и факторами, обусловливающими экологические последствия при радиационных авариях и катастрофах, служат радиоактивные излучения из зоны аварии, а также из формирующегося при аварии и распространяющегося в приземном слое облака (облаков) загрязненного радионуклидами воздуха; радиоактивное загрязнение компонентов окружающей среды.

Воздушные массы, двигавшиеся 26 апреля 1986 г. на запад, 27 апреля на север и северо-запад, 28-29 апреля от северного направления повернули на восток, юго-восток и далее 30 апреля юг (на Киев).

Последующее длительное поступление радионуклидов в атмосферу происходило за счет горения графита в активной зоне реактора. Основной выброс радиоактивных продуктов продолжался в течение 10 суток. Однако истечение радиоактивных веществ из разрушенного реактора и формирование зон загрязнения продолжались в течение месяца. Долгосрочный характер воздействия радионуклидов определялся значительным периодом полураспада.

Осаждение радиоактивного облака и формирование следа происходили длительное время. В течение этого времени изменялись метеорологические условия и след радиоактивного облака приобрел сложную конфигурацию. Фактически сформировались два радиоактивных следа: западный и северный. Наиболее тяжелые радионуклиды распространялись на запад, а основная масса более легких (йод и цезий), поднявшись выше 500-600 м (до 1,5 км), была перенесена на северо-запад.

В результате аварии около 5% радиоактивных продуктов, накопившихся за 3 года работы в реакторе, вышли за пределы промышленной площадки станции.

Летучие изотопы цезия (134 и 137) распространились на огромные расстояния (значительное количество по всей Европе) и были обнаружены в большинстве стран и океанах Северного полушария. Чернобыльская авария привела к радиоактивному загрязнению территорий 17 стран Европы общей площадью 207,5 тыс. км2, с площадью загрязнения цезием выше 1 Кю/км2.

Сразу после аварии наибольшую опасность для населения представляли радиоактивные изотопы йода. Максимальное содержание йода-131 в молоке и растительности наблюдалось с 28 апреля по 9 мая 1986 г. Однако в этот период “йодовой опасности” защитные мероприятия почти не проводились.

В дальнейшем радиационную обстановку определяли долгоживущие радионуклиды. С июня 1986 г. радиационное воздействие формировалось в основном за счет радиоактивных изотопов цезия, а в некоторых районах Украины и Белоруссии также и стронция.

Наиболее интенсивные выпадения цезия характерны для центральной 30-кило-метровый зоны вокруг Чернобыльской АЭС. Другая сильно загрязненная зона -- это некоторые районы Гомельской и Могилевской областей Белоруссии и Брянской области России, которые расположены примерно в 200 км от АЭС.

Еще одна, северо-восточная зона расположена в 500 км от АЭС, в нее входят некоторые районы Калужской, Тульской и Орловской областей. Из-за дождей выпадения цезия легли “пятнами”, поэтому даже на соседних территориях плотность загрязнения могла различаться в десятки раз.

Осадки сыграли существенную роль в формировании выпадений -- в зонах выпадения дождевых осадков загрязнение в 10 и более раз превышало выпадение в “сухих” местах.

При этом в России выпадения были “размазаны” на достаточно большой территории, поэтому общая площадь территорий, загрязненных выше 1 Кю/км2, в России наибольшая. А в Белоруссии, где выпадения оказались более сконцентрированными, образовалась наибольшая по сравнению с другими странами площадь территорий, загрязненных свыше 40 Кю/км2. Плутоний-239 как тугоплавкий элемент не распространился в значительных количествах (превышающих допустимые значения в 0,1 Кю/км2) на большие расстояния. Его выпадения практически ограничились 30-километровой зоной.

Однако эта зона площадью около 1 100 км2 (где и стронция-90 в большинстве случаев выпало более 10 Кю/км2) стала надолго непригодной для проживания человека и хозяйствования, так как период полураспада плутония-239 составляет 24,4 тыс. лет.

В России общая площадь радиоактивно загрязненных территорий с плотностью загрязнения выше 1 Кю/км2 по цезию-137 достигала 100 тыс. км2, а свыше 5 Кю/км2 -- 30 тыс. км2. На загрязненных территориях оказалось 7 608 населенных пунктов, в которых проживало около 3 млн. человек.

Вообще же радиоактивному загрязнению подверглись территории 16 областей и 3 республик России (Белгородской, Брянской, Воронежской, Калужской, Курской, Липецкой, Ленинградской, Нижегородской, Орловской, Пензенской, Рязанской, Саратовской, Смоленской, Тамбовской, Тульской, Ульяновской, Мордовии, Татарстана, Чувашии).

Радиоактивное загрязнение затронуло более 2 млн. га сельхозугодий и около 1 млн. га лесных земель. Территория с плотностью загрязнения 15 Кю/км2 по цезию-137, а также радиоактивные водоемы находятся только в Брянской области, в которой прогнозируется исчезновение загрязнения примерно через 100 лет после аварии.

При распространении радионуклидов транспортирующей средой является воздух или вода, а роль концентрирующей и депонирующей среды выполняют почва и донные отложения.

Территории радиоактивного загрязнения -- это, главным образом, сельскохозяйственные районы. Это значит, что радионуклиды могут попасть с продуктами питания в организм человека. Радиоактивное загрязнение водоемов, как правило, представляет опасность лишь в первые месяцы после аварии.

Наиболее доступны для усвоения растениями “свежие” радионуклиды при поступлении аэральным путем и в начальный период пребывания в почве (например, для цезия-137 заметно уменьшение поступления в растения с течением времени, т. е. при “старении” радионуклида).

Сельскохозяйственная продукция (прежде всего молоко) при отсутствии соответствующих запретов на ее употребление стала главным источником облучения населения радиоактивным йодом в первый месяц после аварии. Местные продукты питания вносили существенный вклад в дозы облучения и во все последующие годы. В настоящее время, спустя 20 лет, потребление продукции подсобных хозяйств и даров леса дает основной вклад в дозу облучения населения.

Принято считать, что 85% суммарной прогнозируемой дозы внутреннего облучения на последующие 50 лет после аварии составляет доза внутреннего облучения, обусловленная потреблением продуктов питания, которые выращены на загрязненной территории, и лишь 15% падает на дозу внешнего облучения.

В результате радиоактивного загрязнения компонентов окружающей среды происходят включение радионуклидов в биомассу, их биологическое накопление с последующим негативным воздействием на физиологию организмов, репродуктивные функции и т. д.

На любом этапе получения продукции и приготовления пищи можно уменьшить поступление радионуклидов в организм человека. Если тщательно мыть зелень, овощи, ягоды, грибы и другие продукты, радионуклиды не будут попадать в организм с частичками почвы. Эффективные пути уменьшения поступления цезия из почвы в растения -- глубокая перепашка (делает цезий недоступным для корней растений); внесение минеральных удобрений (снижает переход цезия из почвы в растение); подбор выращиваемых культур (замена на виды, накапливающие цезий в меньшей степени).

Уменьшить поступление цезия в продукты животноводства можно подбором кормовых культур и использованием специальных пищевых добавок. Сократить содержание цезия в продуктах питания можно различными способами их переработки и приготовления. Цезий растворим в воде, поэтому за счет вымачивания и варки его содержание уменьшается.

Если овощи, мясо, рыбу варить 5-10 минут, то 30-60% цезия перейдет в отвар, который затем стоит слить. Квашение, маринование, соление снижает содержание цезия на 20%.

То же относится и к грибам. Их очистка от остатков почвы и мха, вымачивание в солевом растворе и последующее кипячение в течение 30-45 минут с добавлением уксуса или лимонной кислоты (воду сменить 2-3 раза) позволяют снизить содержание цезия до 20 раз. У моркови и свеклы цезий накапливается в верхней части плода, если ее срезать на 10-15 мм, его содержание снизится в 15-20 раз. У капусты цезий сосредоточен в верхних листьях, удаление которых уменьшит его содержание до 40 раз. При переработке молока на сливки, творог, сметану содержание цезия снижается в 4-6 раз, на сыр, сливочное масло -- в 8-10 раз, на топленое масло -- в 90-100 раз.

Радиационная обстановка зависит не только от периода полураспада (для йода-131 -- 8 дней, цезия-137 -- 30 лет). Со временем радиоактивный цезий уходит в нижние слои почвы и становится менее доступным для растений.

Одновременно снижается и мощность дозы над поверхностью земли. Скорость этих процессов оценивается эффективным периодом полураспада. Для цезия-137 он составляет около 25 лет в лесных экосистемах, 10-15 лет на лугах и пашнях, 5-8 лет в населенных пунктах. Поэтому радиационная обстановка улучшается быстрее, чем происходит естественный расход радиоактивных элементов. С течением времени плотность загрязнения на всех территориях уменьшается, а их общая площадь сокращается.

Радиационная обстановка также улучшалась в результате проведения защитных мероприятий. Для предотвращения разноса пыли асфальтировались дороги и накрывались колодцы; перекрывались крыши жилых домов и общественных зданий, где в результате выпадений скапливались радионуклиды; местами снимался почвенный покров; в сельском хозяйстве проводились специальные мероприятия для снижения загрязнения сельскохозяйственной продукции.

7. Отходы АЭС

7.1 Классификация радиоактивных отходов, образующихся при эксплуатации АЭС