Атомная энергетика. 
Электроэнергетические системы и сети

Сегодня особую тревогу экологов и всего населения вызывают безопасная эксплуатация АЭС, хранение отработанного (облучённого) топлива и радиоактивных отходов, обращение с отработавшими ядерными объектами, физическая защита ядерных объектов от террористов. Возрастающие масштабы применения радиоактивных источников в различных отраслях промышленности, медицине, сельском хозяйстве и т. п. требуют и возрастающего внимания к проблеме радиационной безопасности [7, 8].

Самые первые в истории крупные радиационные аварии произошли в ходе наработки ядерных материалов для атомных бомб (01.09.1944 г. — США, штат Теннеси, Ок-Риджская национальная лаборатория; 19.06.1948 г., 03.03.1949 г., 29.09.1957 г., 04.1967 г. — СССР, Челябинская обл., комбинат «Маяк»; 29.11.1955 г. — США, штаг Айдахо, экспериментальный реактор EBR-1; 10.10.1957 г. — Великобритания, Виндскейл, реактор по наработке оружейного плутония; 18.01.1970 г. — СССР, Нижний Новгород, завод «Красное Сормово»; 30.09.1999 г. — Япония, префектура Ибараки, г. Токаймура, завод по изготовлению топлива для АЭС).

Несколько позднее начали случаться аварии на АЭС (12.12.1952 г. — Канада, штат Онтарио, АЭС Чолк-Ривср; 1969 г. — Швейцария, ядерный реактор в Люцснсе; 1969 г. — Франция, АЭС «Святой Лаврентий»; 22.03.1975 г. — США, штат Алабама, АЭС «Брауне Ферри»; 28.03.1979 г. — США, штат Пенсильвания, АЭС «Три-Майл-Айленд»; 26.04.1986 г. — СССР, Чернобыльская АЭС; 09.08.2004 г. — Япония, о. Хонсю, АЭС «Михама»; 11.03.2011 г. — Япония, АЭС «Фукусима-1»).

Почти во всех авариях и инцидентах определяющим является «человеческий фактор» — неправильные действия персонала или, напротив, его бездействие вместо своевременных и правильных действий.

В настоящее время уровень воздействия предприятий АЭ на окружающую среду в штатном режиме составляет лишь единицы процентов от уровня, допустимого по российскому законодательству. (Примеры: а) радиационный фон вблизи АЭС ниже, чем вблизи тепловой электростанции на угле; б) по данным Аргонской национальной лаборатории, в озере Мичиган, на берегах которого расположено восемь ядерных реакторов, суммарная концентрация долгоживущих радионуклидов на уровне естественного фона).

Тем не менее, даже в штатном режиме работы АЭС сохраняется опасность радиоактивного загрязнения окружающей среды, прежде всего в результате поступления радионуклидов в гидросферу и их распространения. Особого внимания заслуживают радиоактивные изотопы плутония в связи с перспективностью этого горючего для АЭС с реакторами на быстрых нейтронах.

Активные противники АЭ иногда по незнанию, а чаще умышленно не различают радиоактивные отходы (РАО) и облученное ядерное топливо (ОЯТ), что помогает им культивировать радиофобию у некомпетентного в вопросах радиационной безопасности населения.

На современных АЭС образуются РАО низкой активности (например, спецодежда и спецобувь после использования их в «грязной зоне» — месте, где в принципе возможно появление радиоактивности). Они остаются на территории АЭС либо их хоронят (в зависимости от уровня остаточной радиации от них).

РАО различной степени активности, содержащие трансурановые элементы, появляются не на АЭС, а на радиохимических предприятиях, занятых переработкой ОЯТ с целью извлечения из него U-238 и плутония. Эти элементы могут составить основу регенерированного ядерного топлива. Эффективным решением проблемы захоронения этих РАО признаны могильники на глубинах 300−500 м с соблюдением принципа многобарьерной защиты и обязательного перевода жидких отходов в отверждённое состояние. В стабильных геологических образованиях земной коры созданы хранилища, где находятся блоки из стеклянной матрицы (боросиликатные и алюмофосфатныс), содержащие 10−13% РАО. В конце 70-х гг. разработаны кристалличные матричные материалы — синтетические горные породы, обладающие повышенной устойчивостью к выщелачиванию. Вместилищами для матриц могут служить три горные породы: глины, скальные породы (гранит, базальт, порфирит), а также каменная соль. Все они имеют широкое распространение, достаточную площадь и мощность слоёв.

ОЯТ образуются из «свежего ядерного топлива», которое загружается в активную зону реактора, находится там в течение 3−4 лет, выгорает и становится облучённым (отработавшим). Извлечённое из активной зоны ОЯТ пометают в водный бассейн выдержки. Находясь в герметичных оболочках тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ), оно не вступает в контакт с водой. Вода отводит тепло, которое выделяет ОЯТ в течение нескольких лет после извлечения из реактора. По истечении этого срока выделение тепла уменьшается до уровня, при котором ОЯТ можно хранить на воздухе. После выдержки в специальных транспортных контейнерах его отправляют на специальные объекты хранения. ОЯТ на 90% состоит из U-238, остальное — смесь изотопов плутония и смесь более сотни изотопов 30 различных радиоактивных элементов. Наибольшие проблемы создают трансурановые элементы (0,1% от веса ОЯТ) вследствие больших периодов полураспада и серьёзной радиологической опасности в случае попадания в ОС. При работе АЭС электрической мощностью 1000 МВт в течение года образуется 20 кг трансурановых элементов в составе ОЯТ. Но они, как сказано выше, надёжно защищены, а хранилища удалены и от АЭС, и от населённых пунктов.

Официально принятым термином «ядерная и радиационная безопасность» обозначается «свойство АЭС при нормальной эксплуатации и нарушениях нормальной эксплуатации, включая аварии, ограничивать радиационное воздействие на персонал, население и окружающую среду установленными пределами». Ядерные объекты, включая АЭС, содержат угрозы разной феноменологии и разной природы и могут быть разделены на активные, потенциальные, комплексные и ничтожные [8].

Для АЭС активная угроза — это прежде всего радиоактивное излучение, сопутствующее выбросам и сбросам радиоактивных веществ, частично проникающее сквозь бетонные стены биологической защиты АЭС и воздействующее на окружающую среду. Причем радиация АЭС воздействует на среду постоянно. Она может быть охарактеризована численно, измерена инструментально и уменьшена до нормального уровня.

Ядерная опасность представляет собой потенциальную (пассивную) угрозу, так как радиоактивное воздействие, превышающее допустимые значения, возникает только в случае ядерной аварии. В штатном режиме цепная реакция контролируется, теплоотвод от ТВЭЛ не нарушается и не происходит их повреждения.

Ядерный реактор несет комплексную угрозу, состоящую из активной постоянной составляющей и значительно превышающего ее потенциального компонента.

Ничтожные угрозы характеризуются либо чрезвычайно малой вероятностью появления, либо пренебрежимо малой интенсивностью воздействия.

Основным источником радиоактивного излучения при нормальной эксплуатации являются тепловыделяющие сборки, расположенные в активной зоне, и отработавшие тепловыделяющие сборки, содержащиеся в бассейне выдержки. Активная зона проектируется таким образом, чтобы при нормальной эксплуатации и проектных авариях обеспечивалась ее механическая устойчивость и отсутствие деформаций, нарушающих нормальное функционирование средств воздействия на реактивность и средств аварийной остановки реактора или препятствующих охлаждению ТВЭЛов (подробнее о мерах снижения опасности эксплуатации АЭС см. в 14.1.2).