какая радиация в работающем реакторе
Радиационная опасность: реакторы деления против реакторов синтеза
Так ли это? Откровенно говоря, нет. Будущие термоядерные электростанции будут ядерными объектами, со всеми присущими атрибутами (вплоть до экологов, приковывающих себя к заборам), однако разница с АЭС все же есть. Сегодня я попробую сравнить разнообразные аспекты радиационной опасности, исходящей из АЭС и гипотетической ТЯЭС, отталкиваясь от расчетов, проведенных для строящегося токамака ИТЭР.
Пример расчета радиационных полей в здании ИТЭР в работе. Видино, что ближе к самому реактору (он находится в белом круге в центре) поля достигают 40 Зв/ч (4000 Р/час).
Итак, прежде всего надо разделить два понятия. Повреждающим организм воздействием обладает ионизирующее излучение, а вот его источником на ядерных объектах служат нестабильные версии атомов — радиоизотопы (еще называемые радионуклиды). Опасность радионуклидов измеряется их радиотоксичностью, т.е. “ядовитостью” при попадании внутрь человека (конкретику по всем радиоизотопам можно посмотреть в библии дозиметристов). Поскольку реально опасные дозировки для некоторых изотопов начинаются с сотен нанограмм(!), то вопросы изоляции радинуклидов от человека носят принципиальный характер. Радиоактивный атом не уничтожить, к нему нет антидота — поэтому тема обращения с радиоактивными отходами (т.е. отходами, содержащими распадающиеся радионуклиды) одна из самых дорогостоящих во всем, что касается ядерной индустрии.
Вот, например, герметично одетые инспекторы на АЭС Фукусима Даиичи защищаются от радионуклидов, а не от излучения.
Одноразовая одежда персонала, шлюзование, спец-вентиляция, и спец-спец-вентиляция, установки для выпаривания жидкостей, которыми смываются малейшие следы радиоактивных загрязнений, и цементирования остатка от выпаривания — подобные системы — это ежедневная реальность АЭС, радиохимических заводов и даже медицинских лабораторий, готовящих радиоактивные фармпрепараты.
Вот например, изолированная «горячая камера» для радиохимической работы.
Откуда же берутся нестабильные атомы? Из ядерных реакций. Например, в обычном реакторе с водой под давлением (типа ВВЭР) быстрый нейтрон способен выбить из атома кислорода воды 16О протон и превратить его в быстро распадающийся изотоп азота 16N. Тот в среднем за 7 секунд распадется обратно в 16О, попутно излучив квант гамма-радиации. Другим вариантом является цепная реакция деления урана, на которой работает атомный реактор. Каждый раз атом 235U распадается на 2 более легких ядра, и только в незначительном количестве случаев они стабильны, а подавляющее число дочерних продуктов распада — весьма
радиоактивные вещества. Подробнее о всех процессах активации можно почитать в этом обширнейшем документе МАГАТЭ
Еще пример изоляции радинуклидов — одноразовая одежда и душ на выходе из потенциально загрязненной зоны на Смоленской АЭС. Таким образом перекрывается возможность выноса за гермопериметр радионуклидов на теле и одежды.
Таким образом, два основных канала наработки радиационного потенциала в ядерном реакторе — это активация всего вокруг нейтронами и наработка радиоактивных продуктов ядерных реакций. Оба эти канала есть в любой АЭС и будет в гипотетической ТЯЭС. Разница только в деталях.
Разделка корпуса реактора на части под водой.
Еще пример хранения активированных конструкций — реакторные отсеки советских подводных лодок.
Мощность потока радиации от активированных конструкций внутри ИТЭР через сутки после останова будет в пределах 10000-50000 тысяч рентген/час, типичного ядерного реактора — 1000-15000 рентген/час. Такие поля убивают за минуты, поэтому все это добро — радиоактивные отходы, которые после завершения карьеры реактора необходимо разрезать, отсортировать по активности и отправить на хранилища радиоактивных отходов. Самое интересное, что общее количество радиоактивных атомов в этих тысячах тонн составляет всего несколько килограмм (в тяжелых случаях — несколько десятков).
Расчет активации конструкций ИТЭР: слева вверху поле в вакуумной камере токамака в зивертах в час через сутки после останова, слева внизу — снижение радиоактивности с годами, справа внизу — снижение радиоактивности, логарифмическая шкала в секундах. Виден расклад по вкладу разнообразных изотопов в радиоактивность.
Стратегия работы с этим радиоактивным наследством выглядит так — подождать 10. 20 лет, пока распадутся самые короткие (а значит и самые активные) изотопы, в т.ч. уменьшится содержания активированного кобальта (знаменитого 60Co из “кобальтовой бомбы” с периодом полураспада 5.3 года), а затем разобрать и рассортировать на отходы, которые можно размешать до безопасного уровня, например стальную арматуру, отходы требующие недолгого хранения и отходы, требующие длительного хранения. Последних набирается обычно порядка 10% от общей массы, и время хранения до распада активированных атомов до безопасных уровней составляет 100. 1000 лет. Довольно много, но дальше мы увидим и совсем другие цифры.
Еще одна похожая картинка — активация качественной Nuclear grade нержавеющей стали в ИТЭР-условиях. Цифры даны в зивертах в час/кг, как радиотоксический эквивалент (если начать есть эту сталь) Видно, что хотя за первые 40 лет уровень активности значительно падает, опасной в виде пыли эта сталь остается и через 200 лет.
Ну и конечно, и во время работы реакторов и после их остановки постоянно должен проводится комплекс мероприятий по изоляции радионуклидов внутри герметичных оболочек, для этого предназначеных — барьеров нераспространения. Кроме недешевых конструкционных/эксплуатационных мероприятий (например, на ИТЭР сверлить бетон нельзя, и поэтому весь монтаж выполняется на встроенные при заливке в бетон металлические платы) есть еще и борьба с потенциальными авариями.
А вот так выглядит дезактивация радиохимических установок — все заливается полимерной пленкой, которая отдирается от стен вместе с радионуклидами
Интересно, что на сегодня порядка сотни остановленных ядерных реакторов были полностью разобраны, иногда с довольно головоломными приемами, типа “разрезание корпуса реактора под водой роботами” или “залить все монтажной пеной, разрезать на куски и вывести на хранение”. Тем не менее технология эта отработана, и значительная часть из десятков тысяч тонн после сортировки и отделения особо активных частей оказывается годной к переплавке/другому повторному использованию. Особенно преуспели в таких операциях немцы, разобравшие полностью 11 энергетических реакторов и десяток опытных.
Пример разбора АЭС до состояния чистого поля.
А вот пример долговременного хранилища радиоактивных отходов в бывшей солевой шахте.
Продукты ядерных реакций.
Сегодня в реакторах деления используются примерно одинаковые тепловыделяющие сборки реакторов (ТВС, часто ошибочно называемые ТВЭЛами, твэл — это только часть ТВС). Это изделие весом
700 килограмм, в котором находится
500 кг урана, обогащенного по 235U изотопу до
4,5%, т.е. в каждой ТВС содержится 22-23 кг урана 235 и
Пример ТВС реакторов ВВЭР (в центре ТВС-2М, выше ТВСА). В разрезах твэлов видны таблетки оксида урана.
ТВС работает в реакторе 3-4 года и каждый год реактор покидает 30 тонн ОЯТ или около 40 ТВСок. В отработанном топливе содержится почти процент U235 и почти процент плутония. Самое интересное, что это половина плутония, который образовался в ходе кампании — остальное вполне себе сгорело, вырабатывая электроэнергию. Кроме того в ТВС находится 20-25 килограмм продуктов деления (ПД) — примерно 60 разных, часто очень радиоактивных изотопов. Свежая облученная ТВС имеет радиоактивность на уровне миллиона рентген/час,
На этом замечательном видео видно, насколько активна облученная ТВС — виден и поток горячей воды от нее и черенковское излучение от гамма-квантов.
Фактически получается, что за один год в виде ОЯТ реактор выплевывает больше радиационного потенциала, чем накапливается в активированных конструкциях за 50 лет работы. Вторая проблема — это сроки распада радиоактивных продуктов в ОЯТ до безопасного уровня. Если ПД чаще всего имеют не очень большие периоды полураспада (хотя знаменитые стронций 90 и цезий 137 — порядка 30 лет. Например вылетевшие при чернобыльской аварии стронций и цезий на сегодня распались примерно на половину, что бы представлять себе масштабы), через 100 лет начинают доминировать трансурановые продукты — плутоний, нептуний, америций, кюрий (последнии три относят к так называемым минорным актинидам, одной из самых проблемных тем РАО). Страшно радиотоксичные, они имеют периоды полураспада порядка сотен и тысяч лет, а значит ОЯТ будет представлять опасность не меньше нескольких сотен тысяч лет!
Радиационный потенциал ОЯТ от времени. FP — продукты деления. Сравните с активированными конструкциями выше!
Даже через миллион лет ОЯТ не возвращается к изначальным уровням радиации, определяемым медленным распадом урана.
На фоне запредельного радиационного потенциала ОЯТ (которого на сегодня в мире накоплено порядка 200000 тонн) проблемы активированных конструкций слегка меркнут, правда?
Один из самых больших в мире «мокрых» хранилищ ОЯТ. Вспоминается соотвествующий комикс xkcd по этому поводу.
Для ОЯТ есть опция переработки, когда ТВС разделяется на слабоактивированные конструкции, на уран и плутоний, которые можно снова пустить в работу и продукты деления. Таким образом объем отходов снижается примерно в 5 раз, и в реактор идет примерно половина долговременного радиационного потенциала, но это не является окончательным решением. Серьезно рассматривается так же “пережигание” минорных актинидов и плутония в быстрых реакторах, что позволило бы сократить время хранения остатков с сотен тысяч до пары тысячи лет. Однако все это сложные и затратные мероприятия, в итоге даже переработка ОЯТ, и то не полная, существует только в Европе.
Кстати, заметную часть отходов переработки составляют
50. 80 килограмм стальных деталей ТВС, которые заметно активированны. С ними поступают вот так.
А что же термоядерные реакторы? “Отходом производства” у них является стабильный гелий-4, которым можно сразу на площадке надувать детские шарики. Правда в работе используется радиоактивный тритий, который сравним по опасности с плутонием (а то, что он легко превращается в воду и встраивается в биологический цикл только добавляет паранойи). В промышленной ТЯЭС будет циркулировать количество трития, сравнимое по общей активности с выбросами в результате Фукусимской или Чернобыльской аварии (десятки мегакюри, что соответствует единицам килограмм трития). Несколько сотен миллиграмм (несколько тысяч кюри) трития, кстати, останется на внутренних поверхностях термоядерного реактора, создавая дополнительные проблемы с их утилизацией. С другой стороны, в промышленных АЭС количество радиоактивных материалов измеряется в гигакюри, правда они в массе своей не такие летучие, как тритий.
Специальное стекло, в котором захоранивают радиоактивные отходы, способно противостоять эрозионному воздействию до миллиона лет.
Кроме того, в пользу ТЯЭС играет период полураспада трития — 12 лет (т.е. через 120 лет его количество уменьшится в
1000 раз) и его очень слабое излучение — бета-лучи 12,3 кЭв, которые хорошо экранируются даже 10 см воздуха или толстой перчаткой. Тритий опасен только при попадании внутрь организма. Тем не менее наличие этого изотопа на ТЯЭС потребует массы телодвижений по предотвращению попадания его наружу — специальные изолированные боксы с пониженным давлением, расположенные внутри герметичных помещений, система спецвентиляции, расчет всех путей распространения трития при любых авариях и создание барьеров безопасности на всех этих путях и т.п. и т.д.
Прототип системы хранения и раздачи трития ИТЭР — обратите внимания, что она полностью расположена в герметичных перчаточных ящиках.
Подводя итог можно сказать — если бы не ОЯТ, которые с лихвой перекрывают любые другие источники радиационной опасности, то ТЯЭС были бы не “чище”, чем АЭС. Более того, в силу наличия трития и бОльшего веса активированных конструкций, они были бы опаснее. Однако ОЯТ никуда не денется и безопаснее не станет, определяя 99% радиационного потенциала ядерной энергетики, и замена всех реакторов деления на гипотетические термоядерные реакторы уже приведет к заметному снижению потенциала. Второе, гораздо более важное, но сложно осознаваемое преимущество в том, что радиационные проблемы ядерной энергетики будут только нарастать, и через 1000 лет проблема ОЯТ может обрести совершенно другой масштаб, в то время как для ТЯЭС никогда не будет таких нарастающих столетиями проблем с радиоактивными отходами.
Глас чернобыльцев с того света
Взрыв на 4 реакторе ЧАЭС произошёл в 1.25 26 апреля 1986 года, в ходе проводимого эксперимента по остановке реактора.
Для удобства мною поглощенные дозы переведены в рентгены.
Смертельные дозы проникающей радиации:
Таблица соотношений дозиметрических величин.
1 рентген =1000 миллирентген
1 рентген = 1 бэр (бэр Биологический Эквивалент Рентгена)
1 зиверт =100 бэр
1 миллизиверт = 100 миллирентген
1 рентгену соответствует поглощённая доза в воздухе, равная 0,88 рад
1 Гр = 100 рад (Гр. единица измерения поглощённой дозы)
1 зиверт = 100 рентген (если рассматривается биологическое действие рентгеновского
Подробно смотреть источник: http://zdorovie.akipress.org/news:13511/
К вечеру 26 апреля 1986года уровень радиации на местности в городе Припять достиг 8 рентген ( 7,04рад), что 600 000 выше естественного радиационного фона.
Произведём грубый расчёт времени допустимого пребывания жителей города Припяти, находясь непрерывно на открытой местности.
Если допустимое аварийное облучение населения (разовое) не должно превышать 100 мЗв (10 бэр) (8,8 рентген), при котором не наблюдается каких-либо заметных изменений в тканях и органах.
8 рентген/60 мин. =0,1333рентген/мин
8,8 рентген/0,1333рентген/мин=66 мин
И так время допустимого пребывания на открытой местности без средств защиты органов дыхания и кожи составляет 1 час 06 мин.
880рентген/0,1333рентген/мин=6601,65минут
6601,65минут/60мин=110,02час
110,02час/24час= 4,5 суток
И так время получения смертельной дозы жителями города Припяти при непрерывном пребывания на открытой местности без средств защиты органов дыхания и кожи составляет 4,5 суток.
По состоянию на 21.00 26 апреля жители города об угрозе радиоактивного заражения местности не оповещены.Мероприятия гражданской обороны города по защите населения не выполнены.
Жители города в условиях нарастающего радиоактивного заражения местности продолжают жить обычной жизнью.
Лишь через 36 часов в 14.00 27 апреля после взрыва, была объявлена полная эвакуация жителей города Припять.
Произведём грубый расчёт полученной суммарной дозы жителями города Припять при нахождении открытой местности при экспозиционной дозе радиации 8 рентген.
Предполагаемое время нахождения на местности
с 6.00 по 23.00 26 апреля
с 6.00 по 14.00 27 апреля
Общее время нахождения на открытой может составлять местности 25 часов.
Тогда 25 часов*8 рентген=200 рентген, что соответствует легкой форме лучевой болезни, которая появляется в виде выраженной, продолжающейся длительное время лейкопении (снижения числа лейкоцитов). В 30-50% случаев может наблюдаться рвота в первые сутки после облучения.
Лишь в 14.00 27 апреля объявлена полная эвакуация из города Припять.
Время на сбор, которое было отведено жителям составляла 2 часа. Эвакуация жителей, которые никогда уже не вернутся домой, продолжалась 3.5 часа до 17.30 27 апреля.
Через 48 часов город Припять превратился в город-призрак.
Точная информация о катастрофе была собрана лишь через двое суток.
Над реактором нам высоте 200м уровень радиации составлял 3500 рентген.
«Секретно»
28 апреля 1986 года г. Москва
Министру Обороны СССР С.Соколову
Министр Обороны Польской Народной Республики
Войцех Ярузельский.
В течении последующих двух дней в Скандинавии было зарегистрировано стократное увеличение радиационного фона.
В Шотландии прошли радиоактивные дожди.
28 апреля 1986 года в советский Госкомитет Атомной Энергии по линии МИД поступил тревожный запрос. Ответ был: «Всё нормально».
В это самое время шла лихорадочная работа по ликвидации последствий аварии.Температура в реакторе неуклонно росла. Расчёты показывали, что при достижении 2800гр.С. произойдёт расплавление всех металлических элементов. Расплавленная масса попадёт в бассейн находящийся ниже и пройдёт в водоносный слой.
Через неделю после взрыва 3 мая 1986 года началась эвакуация жителей города Чернобыль находящегося в 30 километрах от Чернобыльской АЭС. Затем была проведена эвакуация жителей сел из 30 км зоны ЧАЭС.
500 пилотов вертолетов, которые будут осуществлять сброс мешков со свинцом на реактор, умрут от полученной радиации.
14 мая 1986 года шахтёры Тулы, приступят к прокладыванию туннеля от третьего реактора под аварийный четвёртый реактор, для установки холодильников под аварийным реактором.
Через тоннель пройдут 10 000 шахтеров из России и Украины в возрасте от 20 до 30 лет.
Радиоактивность в тоннеле составляла до 1 рентген/час. В условиях повышенный температуры в туннеле от 30гр и более, средства защиты мгновенно приходили в негодность. Работать в одежде было физически невозможно. Шахтёры копали тоннель по пояс раздетые. Здесь же пили и воду. Группы шахтёров по 30 человек менялись через каждые три часа. За месяц было пройдено 150 метров туннеля.
В конце туннеля уровень радиации был до 300 рентген/час. Ни одному шахтёры не удалось избежать облучения. Шахтёры не были предупреждены об опасности. Они поставленную задачу. Но холодильная система под реактором так и не была установлена.
По официальным данным каждый шахтер получил не более установленной дозы 30-60 рентген. Пятая часть 2500 шахтёров умрёт от лучевой болезни не дожив до 40лет.
За один только 1986 год прошло около 100 000 офицеров и военнообязанных запаса «ликвидаторов аварии» через жерло Чернобыльской АЭС.
Через семь месяцев после взрыва 26 ноября 1986 года очистка зоны и строительство саркофага будет завершены. В операции участвовали 500 000 военных и гражданских лиц.
Над саркофагом ликвидаторы водрузят красный флаг. Первых два реактора будут действовать.
В борьбе за запуск третьего реактора к сентябрю 1987 года в соответствии с правительственным заданием доведётся принимать участие и мне.
Пройдут годы и 12 февраля 2013года часть кровли машинного зала между 4-м и 3-м энергоблоками, где я и работал рухнет от снега.
Почему рухнет? Да потому, что этот машинный зал, уже никому не был нужен и не использовался. Площадь обвала составит 500-600 метров.
На месте уже будут работать спасатели Украины и милиция. Будут расчищать снег и убирают новые завалы. Радиационный фон как будет заявлено в норме.
В чём я конечно глубоко сомневаюсь.
Через тридцать лет после взрыва дозиметр у саркофага продолжает зашкаливать. Вокруг ЧАЭС уровень радиации остаётся в 100 раз больше допустимого.
Саркофаг под действием коррозии, воды и морозов, постепенно рассыпается.
Своевременное строительство нового саркофага, стоимостью 1 миллиард долларов в условиях нынешней Украины, не предвещает успеха.
Помимо саркофага в чернобыльской зоне были ещё созданы ряд могильников захоронения радиоактивных отходов зоны отчуждения, которые также представляют собою большую угрозу для окружающей среды, экологии и грунтовых вод.
Но это уже отдельная тема.
ТРИДЦАТЬ ЛЕТ СПУСТЯ
9 ноября 2017 года посол США в Украине Мари Йованович открыла стройку ядерного хранилища в Киевской области.
Национальная атомная энергогенерирующая компания «Энергоатом» официально начала строительство в Чернобыльской зоне отчуждения Централизованного хранилища отработавшего ядерного топлива (ЦХОЯТ). Об этом пишет УНИАН.
Площадка строительства находится между бывшими селами Старая Красница, Буряковка, Чистогаловка и Стечанка Киевской области.
В торжественном открытии строительства приняли участие вице-премьер-министр Украины Владимир Кистион, президент «Энергоатома» Юрий Недашковский, президент американской компании Holtec International Крис Сингх, министр энергетики и угольной промышленности Украины Игорь Насалик, а также посол США в Украине Мари Йованович.
ПАМЯТИ ЛИКВИДАТОРОВ АВАРИИ НА ЧЕРНОБЫЛЬСКОЙ АЭС ПОСВЯЩАЕТСЯ
ЧТО НАХОДИТСЯ ПОД СТАНЦИЕЙ ЧЕРНОБЫЛЯ?
Опубликовано: 13 декабря 2017 года.
Чернобыль. Припять. Лучевая болезнь. Все эти слова, будет нам напоминать о том роковом дне 26 апреля 1986 года, когда взорвался 4 энергоблок и радиация вырвалась наружу.
Но возможно, это ещё не худшее, что ждало Припять 30 лет спустя!
ЧАСТЬ 3 https://www.youtube.com/watch?v=DaEcXY1qQrY
ТРИДЦАТЬ ЧЕТЫРЕ ГОДА СПУСТЯ
В период пандемии и всемирного распространения каронавируса в 2020 году, в зоне отчуждения Чернобыльской зоны Украины, уже несколько дней горит радиоактивный лес. Бушующие лесные пожары в условиях засухи, пока не удается взять под контроль. Охваченная огнем площадь, по данным Государственной службы по чрезвычайным ситуациям, по состоянию на понедельник 6 апреля 2020 года увеличилась до 25 гектаров. Как сообщил и.о. главы Госэкоинспекции Украины, радиационный фон в этом районе превышен в 16,5 раз. ссылка
Напомню что естественный радиационный фон соответствует значениям до 20 микрорентген в час.
Рассчитаем дозу облучения пожарных Украины за 12 часов работы на местности.
1микрорентген микрорентген в час = 0.000001 рентген в час.
20 микрорентген/час х 16,5 раз = 330 микрорентген/час = 0.00033 миллирентген/час
За 12 часов непрерывного пребывания на местности украинские пожарные получат следующую дозу:
0.00033 миллирентген/час х 12 часов = 0.00396 миллирентген/час.
Напомним, что допустимое (разовое)аварийное облучение населения составляет 8,8 рентген.