| |
|
|
|
| |
| №1, 2007: Экологический риск и экологическая безопасность |
<< Содержание номера
<< Архив
[RUS] / [ENG]Экологический риск и экологическая безопасность
В.М. Кузнецов, Е.С. Кузнецова. Сравнительная потенциальная опасность предприятий ядерного топливного цикла
Освещены проблемы обращения с радиоактивными отходами и отработавшим ядерным топли-вом на этапах хранения и утилизации. Приведён качественный и количественный состав радиоактив-ных отходов, накопленных за время функционирования производств. Сравнительной анализ потенци-альной опасности предприятий атомного комплекса выполнен на основе технологических парамет-ров, характеризующих их ядерную, радиационную и экологическую безопасность.
По состоянию на конец 2005 года загрязненные радионуклидами территории имелись в 26 организациях атомной отрасли, из них в 16 организациях Росатома. Основная часть за-грязнений возникла в результате прошлой деятельности предприятий. Общая площадь за-грязнённых территорий в отрасли составила 474,6 км2, в том числе:
• на промплощадках — 62,6 км2,
• в санитарно-защитных зонах — 215,1 км2,
• в зонах наблюдения — 196,9 км2,
• 94 % (446,78 км2) загрязнённых радионуклидами территорий – последствия аварии, произошедшей на «ПО «Маяк» в 1957 году.
На конец 2005 г. общая площадь загрязнённой территории вокруг ПО «Маяк» с мощно-стью дозы гамма-излучения, превышающей естественный фон более чем на 0,1 мкГр/час, со-ставила 446,78 км2, из которых 78,8% – территории с превышением менее 0,5 мкГр/час, пло-щади с превышением от 0,5 до 2 мкГр/час в пределах санитарно-защитной зоны и зоны на-блюдения составляют 28,4 км2 , с превышением более 2 мкГр/час – 40 км2 [1].
В 1999 г. предприятиями ядерного топливного цикла (ЯТЦ) в атмосферу было выброше-но 92 тыс. тонн вредных химических веществ (ВХВ), в том числе: первого класса опасности– 0,0001%, второго – 21,1%, третьего – 44,7%. Превышение предельно допустимых нормативов имело место на 25 предприятиях по 47 наименованиям загрязняющих веществ. Сверхнорма-тивные выбросы составили около 600 т. Наибольшую долю в них составляют вещества третьего класса опасности. Практически без улавливания выбрасываются в атмосферу серни-стый ангидрит, оксид углерода, углеводороды.
В 1999 г. 46 предприятий Росатома сбросили в поверхностные водоемы 298 млн. м3 за-грязнённых ВХВ сточных вод, в том числе в бассейны Азовского и Черного морей – 9,5 (3 предприятия), арктических морей – 124,8 (20 предприятий), Балтийского моря – 91,4 (5 пред-приятий), Каспийского моря – 59,0 (16 предприятий), Тихого океана – 13,1 (2 предприятия) [1].
Основными веществами, отводимыми со сточными водами с превышением ПДК и ПДС, являются: нефтепродукты, азот аммонийный, фтор, тяжёлые и цветные металлы, (отходы гальванического производства). В 1999 г. нормативы ПДК на ряде предприятий превышены в 50–100 раз (ГХК , НЗХК , КЧХК , Электромеханический завод «Авангард» ).
На предприятиях Росатома по состоянию на 1 января 2000 г. было наработано 20 млн. тонн токсичных отходов, в том числе первого класса опасности – 218 т, из которых ртутьсо-держащих – 184 т, второго класса опасности – 94 тыс. тонн, четвертого класса опасности – 19,8 млн. тонн.
Сложная радиоэкологическая ситуация в России, сложившаяся в зоне воздействия ЯТЦ, связана, прежде всего, с использованием на предприятиях жидкостных технологий в уран-плутониевом цикле и в экстрагировании трансурановых элементов, представляющих посто-янный источник радиоактивных и других отходов, порождая вечную проблему водоёмов-накопителей, емкостей-хранилищ. Переход на принципиально иные виды технологий не пла-нируется. Следовательно, будет продолжаться интенсивное загрязнение окружающей среды.
На настоящий момент на предприятиях Росатома в 105 пунктах хранения находится более 500 млн. м3 жидких радиоактивных отходов (ЖРО), суммарная альфа-активность которых оценивается в 1,9•1016 Бк, а суммарная бета-активность – 7,3•1019 Бк. Твёрдые радиоактив-ные отходы (ТРО), суммарная альфа-активность которых составляет 6•1015 Бк и бета-активность – 8,1•1018 Бк, находятся в 274 пунктах хранения и составляют по массе около 180 млн. т.
К концу 2006 г. в России на АЭС и в хранилищах радиохимических заводов накоплено 18,5 тыс. т отработанного ядерного топлива. Объём отходов ядерного топлива (ОЯТ) неук-лонно растёт. В России прирост составляет около 850 т ежегодно, в мире – 11-12 тыс. т. В том количестве ОЯТ, которое накоплено в России к концу 2006 г., содержание плутония состав-ляет около 185 т.
Большое количество накопленных некондиционированных радиоактивных отходов, не-достаточность технических средств для обеспечения безопасного обращения с ними, отсутст-вие надежных хранилищ для их длительного хранения (захоронения) повышают риск воз-никновения радиационных аварий и создают реальную угрозу радиоактивного загрязнения окружающей природной среды.
Экологические проблемы при захоронении и переработке радиоактивных отходов (РАО) обусловлены, в первую очередь, наличием высокой степени потенциальной опасности нане-сения ущерба окружающей природной среде в связи с возможностью радиационного зараже-ния гидросферы, атмосферы, почв и причинения вреда биологическим ресурсам в процессе производства этих работ.
Эта опасность связана с возможным выходом радиоактивных веществ, которые в ава-рийной ситуации или, к примеру, при неисправности упаковочного контейнера могут попасть в окружающую среду и создать уровни загрязнения и концентрации радионуклидов в воде, на почве или в окружающем воздухе сверх допустимых значений.
Кроме этого, потенциальная опасность предприятий атомной энергетики обусловлена ещё и тем, что в 30-километровых зонах АЭС и в непосредственной близости к объектам ядерного топливного цикла (ЯТЦ) расположено 1300 населённых пунктов, в которых прожи-вает около 4 млн. человек [2].
Сравнение потенциальной опасности предприятий ЯТЦ можно провести на основе па-раметров, приведённых в приложении, сравнение риска здоровья людей от эксплуатации ядерных установок и радиационных источников приведено в таблице 2.
Таблица 2
Сравнение риска здоровья людей от эксплуатации ядерных установок и радиационных источников [4]
Поясним причину выбора этих параметров и прокомментируем их различие для выбран-ных элементов ЯТЦ.
Число объектов в России. Этот показатель определяет степень потенциальной опасно-сти для страны от предприятий данного вида. При малом числе (единицы) опасности подвер-гаются отдельные регионы, и поэтому важным является их географическое расположение, при большом (десятки) – влияние распространяется на многие регионы страны.
Количество радионуклидов, находящихся на объектах. Данный показатель характе-ризует потенциальную опасность конкретного предприятия ЯТЦ. Из таблицы 1 видно, что этот диапазон составляет несколько порядков. Реальную опасность представляют максималь-но возможные выбросы радиоактивности при тяжёлых авариях, а также их качественный со-став.
Возможность развития самоподдерживающейся цепной ядерной реакции (СЦЯР). Предотвращение такой реакции было и остаётся предметом первоначальных забот обеспече-ния безопасности предприятия ЯТЦ. В большинстве из рассмотренных элементов ЯТЦ воз-никновение неуправляемой цепной ядерной реакции потенциально возможно.
С 1953 по 2007 гг. произошло 13 ядерных аварий на различных предприятиях Росатома. Одиннадцать из них произошли до 1979 года. В 1997 г. произошла одна авария: на НЗХК без переоблучения персонала и выброса радиоактивности в окружающую среду.
Наибольшее количество аварий (10) произошло на установках химико-металлургических заводов, производящих и перерабатывающих металлические изделия и отходы из плутония и высокообогащённого урана. Подавляющее число аварий (12) произошло приобращении с растворами, пульпами ядерных материалов. Главными причинами являлись использование ядерноопасного оборудования, ошибки, нарушения в работе персонала, недостатки в учёте и контроле ядерных материалов при их передачах и подготовке к загрузке в аппараты.
К настоящему времени накоплен достаточный опыт для того, чтобы сформулировать принципы, требования и нормы ядерной без-опасности, позволяющие избежать образования критических систем при обращении с делящимися материалами в условиях промышленного производства.
К провоцирующим моментам можно отнести использование разных единиц измерения массы, содержания или концентрации делящихся материалов в пределах одной установки.
Провоцирующим моментом является также ошибочное отнесение оборудования к безо-пасному.
Аварии в г.Томске-7 в 1993 г. году и в г. Новосибирске в 1997 г. произошли на оборудо-вании, которое называлось безопасным, но не являлось таковым на самом деле, хотя в аварию в г. Новосибирске внесли свою лепту и деформация аппаратов, и плохие, с точки зрения ядерной безопасности, технологические решения.
К провоцирующим моментам можно отнести и выполнение технологической операции на одном рабочем месте одновременно несколькими операторами.
Аварии подтверждают, во-первых, очевидное положение о том, что ядерная безопас-ность, учёт и контроль ядерных материалов — два важнейших, взаимодополняющих вида деятельности, направленных на предотвращение аварий на ядерных установках, т. е. необхо-димость интегрированного равнозначного подхода к обеспечению безопасности.
Анализ имевших место аварий позволяет провести классификацию делящихся материа-лов по их опасности: наибольшую опасность представляют обогащённый уран и плутоний, а по агрегатному состоянию — их водные растворы или водородсодержащие смеси (из 13 ава-рий 12 произошло в водородсодержащих системах).
Осциллирующий характер СЦР в растворах приводит ещё к одному важному моменту – необходимости внешнего вмешательства для прекращения СЦР и для перевода системы в подкритическое состояние.
Персонал, находящийся в зоне аварии, испытывает стрессовое состояние и, как показы-вают результаты аварий, может выполнять действия, неадекватные ситуации. Поэтому един-ственной реакцией на сигнал аварийной системы должна быть немедленная эвакуация из ядерноопасной зоны.
Напряжённость технологических параметров. Потенциальная опасность от наличия радиоактивных продуктов на объекте существенно зависит от напряжённости параметров нормального технологического процесса и сопутствующих им физико-химических явлений. К таким параметрам, прежде всего, относятся давление (Р) и температура (Т), при которых работают барьеры, удерживающие радиоактивные материалы в заданных границах. Обору-дование, работающее под давлением, само по себе требует специального внимания и норми-рования, а в сочетании с радиоактивными веществами – особенно.
Технологические процессы, проходящие на грани неуправляемого выделения энергии и повышения давления в виде взрывов, создают дополнительный источник опасности и тре-буют, с одной стороны, достаточного изучения этих пограничных процессов и условий попа-дания в эту область, с другой – мер по предотвращению реализации самих явлений и мини-мизации их последствий. В таблице 1 этот фактор отмечен символом – В (взрыв).
Следующим показателем является пожаровзрывоопасность. Рассматривая этот фактор, как и предыдущие, имеем в виду не вообще возможность пожаров на данном объекте, а те пожары, которые могут привести к разрушению барьеров на пути распространения радиоак-тивных веществ. В таблице 1 этот фактор отмечен символом – П.
Уязвимость к внешним воздействиям. К внешним воздействиям, способным привести к разрушению барьеров на пути выхода радиоактивных веществ, будем относить сейсмиче-скую активность и особенности геологической площадки (С и Г), метеорологические условия (М), включающие ураган, обильные осадки и т. п., и вызванные человеческой деятельностью воздействия (ДЧ), в том числе падение самолета, взрывы на соседних предприятиях, дивер-сии и т.п. Как показывают события, произошедшие 11 сентября 2001 г. в США, этот фактор является наиболее значимым для обеспечения безопасности предприятий ЯТЦ.
Уязвимость к ошибкам персонала. Ограничимся только качественной экспертной оценкой этого сложного показателя, введя категории «слабая», «средняя», «сильная», опять же имея в виду ошибки в действиях персонала, способные привести к авариям с тяжёлыми последствиями. Необходимо отметить, что на предприятиях ЯТЦ отсутствуют полномас-штабные тренажёры, на которых персонал мог бы проходить подготовку и переподготовку.
Возможная площадь загрязнения при авариях. Этот показатель характеризует мас-штабы возможных последствий аварий для окружающей среды и определяет необходимость реализации планов по защите населения.
Для иллюстрации опасностей, которые могут возникнуть при нарушениях работы обо-рудования, ошибках персонала и внешних воздействиях, рассмотрим основные процессы, способные привести к выбросу радионуклидов за контролируемые границы.
Для горно-химического комбината – ветровой вынос пыли на отвалах «пустой» поро-ды; попадание неочищенных шахтных вод, содержащих Ra226, в грунтовые и поверхностные воды.
В г. Лермонтове (Ставропольский край), где с 1954 г. по 1991 г. производилась добыча и переработка урановых руд, отходы производства сбрасывались в хвостохранилище, площадь которого в настоящее время составляет 81,2 га. На нём складировано 12,3 млн. м3 отходов уранового производства суммарной активностью 45,6 тыс. Ки.
Росатом разработал и утвердил проект рекультивации хвостохранилища, который будет реализован в течение 8 лет. Необходимо отметить, что выделение радона и образование до-черних продуктов его распада являются глобальными природными явлениями, происходя-щими в особенности в горных и ураноносных районах. Поэтому повышенный природный ра-доновый фон имеет место не только в г. Лермонтове, но и во всём регионе Кавказских мине-ральных вод.
Предприятия ЯТЦ России имеют 184,42 га загрязнённых территорий. Загрязнения связа-ны главным образом с хвостохранилищами, которые сооружались на начальном этапе дея-тельности предприятий без устройства противофильтрационных защитных мер. Негативное влияние хвостохранилищ на окружающую среду сохраняется и в настоящее время из-за про-должения их эксплуатации на ЧМЗ и НЗХК. За последние годы обострилась обстановка на НЗХК, связанная с эксплуатацией хвостохранилища, дамба которого не отвечает гидротехни-ческим и строительным требованиям. На МЗП требуется реабилитация склона берега Моск-вы-реки из-за его оползневого характера. В п. Балей Читинской области имеются загрязнения жилого фонда и зданий соцкультбыта.
Для обогатительного завода – выброс гексафторида урана и радиоактивной и ядовитой пыли при получении диоксида урана.
Для транспортировки ядерного топлива
Водозаполненные контейнеры – развитие неконтролируемой СЦЯР при нарушении гео-метрии расположения тепловыделяющей сборки (ТВС) в контейнере, разгерметизация кон-тейнера в результате взрыва радиолитического водорода, замерзание или утечка в нём тепло-носителя – воды, повышение нейтронного поля вне контейнера при утечке воды, выдавлива-ние за-грязнённой радионуклидами воды через повреждённые уплотнения, выброс радиоак-тивных аэрозолей через повреждённые уплотнения.
Сухие контейнеры – выброс радиоактивных аэрозолей через повреждённые уплотнения, повышение нейтронного поля вне контейнера при повреждении нейтронной защиты, разви-тие СЦЯР при нарушении геометрии расположения ТВС в контейнере, его перегрев, разгер-метизация в результате механических повреждений при транспортных авариях.
Для радиохимического завода
Отделение резки – возгорание пирофорных опилок при обрезке хвостовиков ТВС, выде-ление окклюдированных и адсорбированных радиоактивных благородных газов и летучих соединений радионуклидов; отделение растворения – взрыв водорода, образующегося при растворении металла (если перерабатываются металлические твэлы), отгонка трития, радио-активных газов и летучих соединений радионуклидов, «зацикливание» трития вследствие процессов изотопного обмена, протечки высокоактивной жидкости вследствие коррозии обо-рудования.
Хранилища отработанного ядерного топлива – взрыв радиолитического водорода при нарушении системы вентиляции, развитие СЦЯР при нарушении геометрии расположения отработанных ТВС, коррозионное или механическое повреждение оболочек твэлов и выход радиоактивности в воду хранилища, разлив радиоактивной воды из бассейна при поврежде-нии системы водообмена.
Узел экстракции – развитие СЦЯР. Пожар в результате вспышки паров экстрагента и разбавителя, взрыв радиолитического водорода, протечки радиоактивной жидкости вследст-вие коррозионного повреждения оборудования, взрыв в результате автокаталитической реак-ции с газовыделением в жидкой фазе.
Отделение упаривания – протечки высокоактивной жидкости при коррозионном повре-ждении оборудования, выброс радиоактивных паров и аэрозолей при нарушении системы га-зоочистки.
Отделение получения товарного продукта:
Урановая ветвь – пожар в результате вспышки паров экстрагента и разбавителя, взрыв твердых нитратов в результате автокаталитической реакции с газовыделением в твердой фа-зе, протечки в результате коррозионного повреждения оборудования.
Плутониевая ветвь – узел экстракции, отделение упаривания, взрыв при термическом разложении гидразина, пыль диоксида плутония при денитрации, развитие СЦЯР.
Получение нептуния – см. узел экстракции.
Отделение хранения и переработки радиоактивных растворов и пульп – развитие ло-кальной СЦЯР, рост давления газа в результате нагрева радиоактивного раствора теплом ядерного распада и выделение радиолитических газов, технологические причины, прорыв сжатого газа в аппараты, предназначенные для работы «под налив», «обратная» диффузия радиоактивной паровоздушной смеси из свободных аппаратов хранилищ, взрыв газообраз-ных продуктов радиолиза жидких радиоактивных отходов и паров компонентов отходов, ав-токаталитическая химическая реакция с газовыделением в жидкой фазе, взрыв твёрдого ос-татка после выпаривания отхода, протечки высокоактивной жидкости вследствие коррозион-ного повреждения оборудования.
Отделения отверждения (остеклования) жидких отходов – протечки в результате прого-рания свода печи, на стадии кальцинации или при розливе плава, выброс аэрозолей и летучих соединений радионуклидов при нарушении системы газоочистки, взрыв в результате автока-талитической реакции с газовыделением в жидкой фазе, взрыв твердых нитратов.
Полигоны подземного захоронения жидких отходов – протечки в результате коррозион-ного или механического повреждения «больших» трубопроводов для передачи радиоактив-ных растворов с завода на полигоны, развитие СЦЯР, аварии на нагнетательных скважинах и в пласте: разрыв труб в результате коррозии или механического повреждения и выброс жид-кости из скважины, газообразование и повышение давления в пласте и скважине в результате жизнедеятельности анаэробных бактерий и выброс (фонтан), выброс жидкости из скважины в результате радиационно-химического газовыделения в пласте, перегрев пласта вследствие чрезмерной радиационной нагрузки, непредвиденное гидрогеологами движение радиоактив-ной жидкости в пласте по разломам и вынос в горизонты, соединяющиеся с поверхностью.
В результате возможного возникновения СЦР при дальнейших закачках жидких радиак-тивных отходов (ЖРАО), проводимых СХК , может произойти залповый выброс радиоактив-ных веществ в водоносные горизонты, что может в дальнейшем изменить гео-и гидрообста-новку, а также оказать воздействие на безопасную эксплуатацию ядерных реакторов АДЭ-4,5. Кроме этого, подобное явление может возникнуть и при возможном землетрясении.
Несмотря на то что сама площадка расположения СХК относится к асейсмичному рай-ону, следует иметь в виду, что землетрясения силой 3-4 балла в г. Томске фиксировались. Так, в июне 1990 г. ощущались отдельные толчки после землетрясения в районе оз. Зайсан (Казахстан). Землетрясение силой 3,5 балла с эпицентром в 180 км на восток от г. Томска за-фиксировано в 1979 г. Сейсмические подвижки интенсивностью 6-7 баллов фиксировались в районе г. Новокузнецка в начале ХХ века[5].
Бассейны и открытые водоемы, содержащие среднеактивные отходы – протечки «боль-ших» трубопроводов для передачи радиоактивных растворов с завода к водоему или бассей-ну, ветровой разнос радиоактивных аэрозолей с водной поверхности, ветровой разнос пыли, образующейся при оголении и разогреве донных осадков, разнос активности водоплавающи-ми птицами и насекомыми, проникновение радионуклидов в водоносные горизонты.
Наличие физических барьеров безопасности. На обогатительных заводах реально су-ществует один барьер – границы герметичного оборудования. На заводах по изготовлению ядерного топлива реально физические барьеры отсутствуют. При транспортировке как све-жее, так и отработанное ядерное топливо имеет только два собственных физических барьера: матрицу делящегося материала и оболочку твэлов и герметичный контейнер, т. е. реально на-личие двух независимых физических барьеров безопасности не обеспечивается. На радиохи-мическом заводе требование герметичности при переработке ОЯТ с высокой активностью привело к наличию не менее трех реальных физических барьеров. Полигоны захоронения вы-сокоактивных отходов – подземные сооружения, содержащие герметичные ёмкости, реально имеют не менее одного барьера.
Ядерная и радиационная безопасность предприятий ЯТЦ. В настоящее время ядер-ная и радиационная безопасность регламентируется в соответствии с нормативными доку-ментами Росатома России, которые формируют в основном требования к предотвращению СЦЯР. Радиационная безопасность регламентирована в основном для нормальной эксплуата-ции предприятий ЯТЦ и оптимальных проектных решений с точки зрения экономических по-казателей.
Требования и параметры безопасности для отдельных видов производств регламентиро-ваны отраслевыми стандартами, правилами и технологическими инструкциями. Порядок ор-ганизации работ по обеспечению безопасности определён соответствующими отраслевыми положениями. Главный недостаток этой системы состоит в отсутствии требований к пара-метрам и коэффициентам запаса для взрывопожароопасных процессов, производств, устано-вок. В настоящее время эту функцию частично выполняют технологические инструкции и заключения (рекомендации) отраслевых институтов.
Слабо применяется «принцип единичного отказа», не используется принцип «внутрен-ней самозащищённости», согласно которому потенциально опасные установки должны обла-дать определёнными физико-химическими свойствами, исключающими возможность воз-никновения тяжеёлых аварий. Не прослеживается чёткое выполнение требования обеспече-ния единого государственного подхода к учёту ядерных материалов.
Заключение
Решение многоплановых задач выхода из кризисной экологической ситуации в районах деятельности предприятий ЯТЦ, расположенных на территории Российской Федерации, представляет собой беспрецедентную по сложности научно-техническую, экологическую и инженерно-экологическую проблему, не имеющую аналога в мировой науке и практике.
<< Содержание номера
<< Архив
Дата последнего обновления: 18:58:40/24.02.24
|
|
 |
| |
|
| |
|
|
|
| |
|
|
|
| |
 |
ИАА "Информ-Экология" |
|
 |
| |
|
| |
|
|
| | |
| |
|
|
|
| |
|
Министерство природных ресурсов Российской Федерации |
|
|
| |
|
| |
|
|
| | |
| |
|
|
|
| |
|
Счётчик |
|
|
| |
|
| |
|
|
| | |
|
