Оценка радиационной обстановки при авариях на радиационно-опасных объектах

Тема: Оценка радиационной обстановки при авариях на радиационно-опасных объектах.

Цель: изучить единицы измерения радиоактивности, устройство и принцип работы АЭС, научиться оценивать радиационную обстановку.

Вопросы:

• 1. Радиационно-опасные объекты. Принцип действия АЭС.
• 2. Единицы измерения радиоактивности.
• 3. Оценка радиационной обстановки при авариях на АЭС и радиационно-опасных объектах.

К радиационно-опасным объектам (РОО) относят атомные электростанции (АЭС), атомные станции теплоснабжения (АСТ), атомные теплоцентрали, предприятия радиохимической промышленности, объекты по переработке и захоронению радиоактивных отходов и др. При авариях на РОО в СНГ в зоне возможного радиоактивного заражения окажется территория с населением 60 млн. человек.

Объекты атомной энергетики относятся к наиболее радиационно-опасным объектам.

Для выработки электроэнергии в СНГ используют два типа ядерных энергетических реакторов (ЯЭР):

ВВЭР — водо-водяной энергетический реактор мощностью 440 и 1000 МВт;

РБМК — реактор большой многоканальной мощности (1000 и 1500 МВт).

Источник получения электроэнергии — управляемая реакция деления урана-235.

Принцип работы АЭС.

Рассмотрим основные принципы работы АЭС.

Источником энергии является атомный реактор 1, снабженный экраном биологической защиты (бетон, сталь, полиэтилен, вода). В качестве замедлителя нейтронов в ЯЭР используются графитовые стержни 2 (реактор РБМК) или тяжелая вода (ВВЭР). Тепловая энергия, вырабатываемая реактором, передается через теплоноситель (расплав калия) парогенератору 3, в котором теплоноситель отдает тепло воде, превращая ее в пар. Перегретый пар вращает турбину 4, к которой присоединен генератор переменного тока 5. Обработанный пар поступает из генератора в конденсатор 6, а затем при помощи циркулярного насоса 7 обратно в парогенератор. Регулирование процесса осуществляется при помощи управляемых стержней 8.

Количество радиоактивного вещества оценивается его активностью (А).

Активность радиоактивного вещества — это число радиоактивных распадов ядер атомов в единицу времени. Системной единицей активности является Беккерель (Бк):

1 Бк — 1 распад в секунду — 2.7*10^-11 Кu.

Внесистемной единицей активности является Кюри (Кu).

Кюри — это такое количество радиоактивного вещества, в котором происходит 37 миллиардов распадов ядер атомов в 1 секунду:

1 Ки = 3.7*10 распадов в секунду = 3.7*10¹⁰ Бк.

Активность вещества, отнесенная к единице массы или объема, называется удельной активностью и выражается в Бк/кг, Бк/м³, Ки/кг, Ки/л.

Активность вещества, отнесенная к единице поверхности, называется плотностью заражения и выражается в Бк/см², Ки/км².

Ионизирующая (разрушающая) способность радиоактивных излучений характеризуется дозой — энергией, передаваемой излучением облучаемой массе вещества. Различают экспозиционную (Д_эксп) и поглощенную дозы излучения (Д₀).

Экспозиционная доза излучения — это количественная характеристика гамма-излучения, выражаемая суммарным электрическим зарядом ионов одного знака, образованных в единице объема воздуха. Единицей экспозиционной дозы в системе СИ является кулон на килограмм (Кл/кг).

Кулон на килограмм — это экспозиционная доза рентгеновского или гамма-излучения, при которой в 1 кг сухого воздуха образуются ионы, несущие заряд 1 Кл электричества каждого знака.

1 Кл/кг = 3876 Р.

Внесистемной единицей экспозиционной дозы гамма-излучения является Рентген (Р).

Рентген — это доза гамма-излучения, при котором в 1 см³ сухого воздуха при 0 градусов и 760 мм рт. ст. образуется 2 миллиарда пар ионов, каждый из которых несет заряд равный заряду электрона.

.

Производные Рентгена:

мР = 10^-3 Р (миллиРентген);

мкР = 10^-6 Р (микроРентген);

1 Кu/км² = 10 мкР/час.

Дозе 1 Рентген соответствует поглощение 1 граммом воздуха 83 эргов энергии, а 1 граммом биологической ткани — 93 эргов.

Мощность экспозиционной дозы — это экспозиционная доза излучения, отнесенная к единице времени.

Единица измерения (Д_эксп) в системе СИ является кулон на килограмм в секунду:

1 Кл/(кг*с) = 3876 Р/с.

Несистемной единицей мощности (Д_эксп) является Рентген в час, Рентген в секунду:

1 Р/ч = 7,16*10^-8 Кл/(кг/с).

Мощность экспозиционной дозы, измеренная на расстоянии 1 метр от поверхности зараженного объекта, называется уровнем радиации.

Для характеристики воздействия ионизирующих излучений на биологические объекты введено понятие поглощенная доза (Д).

Поглощенная доза — это энергия любого вида излучений, поглощенная 1 граммом вещества.

Единицей поглощенной дозы в системе СИ является Грей (Гр).

Грей — поглощенная доза излучения, при которой вещество массой в 1 кг передается 1 Дж энергии:

1 Гр = 1 Дж/кг = 100 рад = 10 000 эргов.

Внесистемной единицей поглощенной дозы является рад.

Рад — поглощенная доза, при которой в вещество массой в 1 грамм передается 100 эргов энергии ионизирующего излучения:

1 рад = 100 эрг/г = 0,01 Гр.

Производные рада:

• 1 миллирад (мрад) = 10^-3 рад;
• 1 микрорад (мкрад) = 10^-6 рад.

Мощность поглощенной дозы — поглощенная доза в единицу времени.

Единица мощности поглощенной дозы в системе СИ — это Грей в секунду:

1 Гр/с = 1 Дж/(кг*с) = 100 рад/с.

Единица мощности поглощенной дозы несистемная — рад в секунду:

1 рад/с = 0,01 Дж/(кг*с) = 0,01 Гр/с.

Единицей эквивалентной дозы в системе СИ является Зиверт (Зв).

Зиверт — это эквивалентная доза любого вида излучений, поглощенная 1 килограммом биологической ткани, создающая такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 Грей гамма-излучения:

Внесистемной единицей эквивалентной дозы является бэр.

Бэр — поглощенная доза любого вида излучений, которая при хроническом облучении вызывает такой же биологический эффект, что и 1 рад рентгеновского или гамма-излучения:

.

Радиационная обстановка — это масштабы и степень радиационного заражения местности (РЗМ) и атмосферы, оказывающего воздействие на жизнедеятельность населения и условия проведения спасательных и др. неотложных работ.

Существуют различные методики оценки РО. Мы рассмотрим оценку радиационной обстановки на АЭС.

Оценка радиационной обстановки состоит в определении характеристик радиоактивного заражения местности и приземного слоя атмосферы и влияния их на жизнедеятельность населения.

К характеристикам радиоактивного заражения относятся:

уровни радиации;

дозы внешнего гамма облучения;

дозы внутреннего облучения при ингаляционном поступлении РВ;

доза внешнего облучения при преодолении следа облака;

суммарная доза облучения;

доза облучения щитовидной железы;

плотность заражения местности;

время формирования следа РО облака;

границы зон РЗМ.

Для оценки влияния этих характеристик на жизнедеятельность населения определяют:

возможные потери людей, сельскохозяйственных животных и соответствующие режимы защиты;

допустимое время начала работ на загрязненной территории;

допустимое время пребывания на загрязненной территории.

Оценка радиационной обстановки осуществляется с целью определения влияния РЗ на деятельность объектов экономики и населения, выбора и обоснования оптимальных режимов их деятельности, исключающих или максимально уменьшающих лучевые поражения людей, животных и растений.

Все расчеты, связанные с оценкой РО, выполняются службами противорадиационной и противохимической защиты с привлечением специалистов заинтересованных служб и служб ГЗ.

На основе дозовых пределов, установленных нормами радиационной безопасности (НРБ-99 (СП 2.6.1.758−99)) установлено следующее зонирование на восстановительной стадии радиационной аварии (по мощности дозы):

• 1 зона — зона радиационного контроля — от 1 мЗв до 5 мЗв;
• 2 зона — зона ограниченного проживания населения — от 5 мЗв до 20 мЗв;
• 3 зона — зона отселения— от 20 мЗв до 50 мЗв;
• 4 зона — зона отчуждения — более 50 мЗв.

Кроме того, при обнаружении локальных, радиоактивных загрязнений существуют уровень исследования источника (от 0,01 до 0,3 мЗв/год), при котором требуется выполнить исследование источника с целью уточнения оценки величины годовой эффективной дозы и определения величины дозы, ожидаемой за 70 лет, и уровень вмешательства (более 0,3 мЗв/год), при котором требуется проведение защитных мероприятий с целью ограничения облучения населения. Решение о необходимости таких мероприятий, а также о характере, объеме и очередности последних принимается органами Госсанэпиднадзора.

Решение задачи по оценке радиационной обстановки при аварии на АЭС Исходные данные: 5 вариант.

L_x = 20 км; L_y = 2 км; n = 0.3; K_z =1; К_загр = 0.17; К_нагр =1; t_изм =1час;

СВУВ = изотермия; V_ветра = 20 км/час; t_аварии = 4,00; Т_{доклада} (или Т_зад) = 9.00; Т_{эвакуации} = 19.30.

Задание:

Оценить радиационную обстановку Решение:

• 1. По значениям степени вертикальной устойчивости воздуха (СВУВ) и скорости ветра по таблице 16.1 определяем апроксимационные коэффициенты А, B, С.
• 2. Определяем единый информационный параметр «m₁» по формуле:

3. Определяем коэффициент учета изменения «m» в поперечном сечении радиоактивного следа (К_у):

где ,.

где г — коэффициент учета изменения СВУВ для конвекции, равный 0,06;

где ;

4. Определяем уровень радиации Ризм на время tизм;

Р_изм1=m₁· K_y·K_z=0,9725*0,1234*1= 0,12 рад/час.

5. Определяем коэффициент учета спада радиоактивности во времени (Кt):

t_зад=Т_зад-(Т_ав+t_пути)=9-(4+1)=4 часа, где t_пути=L_х/_ветра;

.

6. Определяем уровень радиации Рзад на заданное время (tзад=4 часа):

Р_зад=Р_изм1· K_t=0,12*0,6598= 0,0792 рад/ч.

7. Определяем плотность загрязнения местности (Аs):

А_s=Р· К_загр=0,0792*0,17= 0,0135 Ки/м².

8. Определяем коэффициент накопления дозы излучения во времени (Кд):

где t_n=t_аварии + t_пути.

9. Определяем дозу излучения на местности на данное время:

Д_м=Р_изм1· К_д=0,12*7,4266= 0,9012 рад.

• 10. Определить активность радиоактивных веществ, ингаляционно поступивших в организм (Аинг);
• а) по таблице находим соответствующие коэффициенты А, В, С.
• б) определяем новый параметр (m₂):

;

в) определяем новое значение Р_изм2:

Р_изм2=m₂· K_y·K_z= 0,0234*0,1234= 0,0029 рад/час;

г) определяем коэффициент К_обл:

К_обл=t_обл/240=15,5/240=0,0646;

t_обл=t_эв-t_ав=19,5−4=15,5 часов;

д) определение А_инг:

А_инг= Р_изм2· К_обл· K_z· К_нагр= 0,0029*0,0646*1*1= 0,17 516 Кu.

11. Определяем Динг — ингаляционную поглощенную дозу:

Д_инг = 3300· А_инг = 3300· 0,17 516= 0,5780 рад.

• 12. Определяем дозу облучения от проходящего облака (Д`обл):
  • а) по таблице находим новые коэффициенты А, В, С.

• б);
• в) Р_изм3 = m₃· K_y·K_z = 2,5476*0,1234*1= 0,3144рад/час;
• г) Д`_обл = Р_изм3· К_обл·К_z = 0,3144*0,0646*1= 0,0203рад.
• 13. Определяем суммарную дозу облучения (УДобл):

УД_обл=Д_м+Д_инг+Д`_обл=0,9012+0,5780+0,0203=1,4995рад.

Тема: Оценка химической обстановки при авариях на химически опасных объектах.

Цель: рассчитать параметры химического заражения, характеризующие химическую обстановку при аварии на химически опасном объекте (ХОО).

Вопросы:

• 1. Аварийно химически опасные вещества.
• 2. Химическая обстановка при аварии на ХОО.

Ядовитые вещества промышленного происхождения, в том числе кислоты и щелочи Все химически опасные вещества (ГОСТ 22.9.05.-95) подразделяются на отравляющие вещества (ОВ), аварийно химически опасные вещества (АХОВ) (сильнодействующие ядовитые вещества (СДЯВ) по старой терминологии) — это химическое вещество, применяемое в хозяйственных целях, которое при разливе или выбросе, происходящем в результате аварии или разрушении ХОО (химического опасного объекта), может приводить к заражению воздуха с поражающими концентрациями и фитотоксикантами.

В группу АХОВ выделяют вещества, заражающие воздух в опасных концентрациях и способные вызывать массовые поражения людей.

Классифицировать эти вещества можно по физическим и по химическим свойствам.

Основного характера: Кислотного характера:

NH₃ (аммиак) — пары кислот.

RNH₂, R₂NH (амины) — ангидриды кислот SO_2, NO₂ и др.

пиридин и др. — хлорангидриды кислот.

• — H₂S (сероводород)
• — Cl (хлор)
• — COCl (фосген)
• — фенол и др.

Нейтрализаторами веществ основного характера являются вещества кислого характера: — растворы кислот: борной, лимонной, щавелевой; 2−5% раствор HCl и CH₃COOH; ацетилсалициловая кислота, аскорбиновая кислота.

Нейтрализаторами веществ кислого характера служат вещества основного характера, а именно: 2−5% раствор гидрокарбоната натрия (NaHCO₃ (пищевая сода)), суспензия карбоната кальция (CaCO₃ (мел, зубная паста)), (Ca (OH)₂) гашеная известь, (K₂CO₃) зола, мочевина (H₂NCONH₂ (моча)) и др.

Химические вещества по опасности и токсичности воздействия на организм человека делят на 4 класса в соответствии с ГОСТ 12.1.0007−76, с изменением № 1 от 01.01.82 год:

• 1. Чрезвычайно опасные (ПДК менее 0,5 г/м³);
• 2. Высоко опасные (до 5 г/см³);
• 3. Умеренно опасные (до 50 г/см³);
• 4. Мало опасные (более 5 г/см³).

Все опасные химические вещества делят на быстрои медленно действующие. При поражении быстродействующими, картина отравления развивается практически немедленно, а при медленнодействующими — летальный период — несколько часов.

Заражение местности зависит от стойкости химических веществ, определяется температурой кипения вещества. Нестойкие имеют Т_кип ниже 130С, стойкие — выше 130С. Нестойкие заражают местность на минуты или десятки минут, а стойкие — от нескольких часов до нескольких месяцев.

Например:

• 1. Нестойкие быстродействующие — аммиак, угарный газ;
• 2. Нестойкие медленнодействующие — фосген, азотная кислота;
• 3. Стойкие быстродействующие — анилин, фосфорно-органические;
• 4. Стойкие медленно действующие — диоксин, тетраэтилсвинец.

Химическая обстановка складывается в зоне химического заражения, возникающей при аварии на химически опасном объекте (ХОО) или разрушении этого объекта.

Оценить химическую обстановку это значит определить масштаб химического заражения (глубину и площадь зоны заражения), его продолжительность и опасность.

Оценка химической обстановки по данным прогноза Исходными данными для прогнозирования химической обстановки являются:

• 1) Тип и общее количество СДЯВ на ХОО, их размещение в емкостях и технологических трубопроводах.
• 2) Количество СДЯВ, выброшенных в атмосферу (Q₀) и характер их разлива па подстилающей поверхности («свободно», «в поддоне», «в обваловку»).
• 3) Для определения количественных характеристик выброса СДЯВ необходимо определить их эквивалентные значения.

Для определения масштаба (глубина и площадь) заражения при аварии на ХОО прежде всего рассчитывается глубина зоны химического заражения. Полная глубина зоны заражения (Г, кг), обусловленная воздействием первичного и вторичного облака СДЯВ, определяется по формуле:

Г = Г^/ + 0,5 · Г^//, (5).

где Г^//— наименьший;

Г^/ наибольший из размеров Г₁ и Г₂.

Полученное значение Г сравнивается с предельно возможным значением глубины переноса воздушных масс (Г_п, км), определяемым по формуле:

Г_п = N ·, (6).

где N — время начала аварии, ч;

— скорость переноса переднего фронта зараженного воздуха при данных скорости ветра и степени вертикальной устойчивости воздуха, км/ч.

Сравнивая значения полной глубины зоны заражения Г и предельно возможного значения глубины переноса воздушных масс, Г_п для дальнейших расчетов выбирают наименьшее значение.

Исходные данные 5 вариант:

На ХОО произошло разрушение обвалованной емкости со 250 т сероводорода. Высота обваловки 2,0 м. Метеоусловия: инверсия, скорость приземного ветра 1 м/с, температура воздуха 0 °C. Плотность населения 2 тыс. чел, на 1 км². Обеспеченность противогазами 50%. Диаметр= 0,964 г/см³, расчетное время 4 часа.

Задание:

Произвести оценку химической обстановки.

Решение:

Поскольку один из вспомогательных коэффициентов, в частности k₆ определяется после нахождения времени поражающего действия (или времени испарения) СДЯВ, (Т, ч), целесообразно начать расчет времени поражающего действия СДЯВ по формуле (10):

.

где h — толщина слоя СДЯВ. при свободном разливе СДЯВ=0,05 м d — плотность СДЯВ, г/см³ (см. табл. 17.1),.

Вспомогательные коэффициенты:

k_2, k₇ — (см. табл. 17.1).

k₄ — (см. табл. 17.9).

h = (Н — 0,2) м, где Н — высота обваловки.

k₇ определяем по табл. 17.1, берем значение по знаменателю, так как стойкость определяется вторичным облаком.

ч.

Время оценки обстановки ограничено 4 часами (т.е. N — 4 часа после аварии). После четырех часов — уже прогноз.

2. Определяем эквивалентное количество вещества по первичному облаку (Qэ1, т) по формуле 3:

Q_э1=k₁· k₃·k₅·k₇·Q₀,.

где Q₀ — количество СДЯВ, выброшенное при аварии, т,.

k1, k3, k7- вспомогательные коэффициенты (см. табл. 17.1);

k5- вспомогательный коэффициент (см. табл. 17.2).

Q_э1= 0,27*0,036*1*1*250= 2,43 т.

3. Определяем эквивалентное количество вещества по вторичному облаку (Qэ2, т) по формуле 7:

Q_э2 = (1- k₁) · k₂·k₃·k₄·k₅·k₆·k₇·.

Значение k₆ можно взять и из табл. 17.3:

Q_э2 = (1 — 0,27) · 0,042 · 1· 1 · 1 · 3,03 · 1 · т.

• 4. По табл. 17.10 для 2,43 т сероводорода (Qэ1) интерполированием находим глубину зоны заражения первичным облаком СДЯВ (Г1, км):
• 20 т сероводорода… 29,56 км
• 2,43 т сероводорода… X км
• 1 т сероводорода …4,75 км

В общем виде:

Г₁= Г_мин +(Г_макс — Г_мин) · (Q_экв1 — Q_{экв мин})/(Q_{экв макс} — Q_{экв мин}).

В частном виде:

км.

• 5. Аналогично по табл. 17.10 для 12,0461 т сероводорода (Qэ2) интерполированием находим глубину зоны заражения вторичным облаком СДЯВ Г2 (км):
• 20 т сероводорода… 29,56 км
• 12,0461 т… Х км
• 1 т сероводорода… 4,75 км

км.

6. Определим максимальную полную глубину заражения Г (км) по формуле 9:

Г = Г ' + 0,5 · Г «,.

где Г — наибольшая, а Г ' наименьшая величина из размеров Г 'и Г" .

Г= 19,1739+0,5*6,6173= 22,4826 км.

7. Определим предельное значение глубины переноса воздушных масс Гп (км) по формуле 6:

Г_п = N · ,.

где N — время после аварии, ч (в нашем случае N=4 ч),.

- скорость переноса переднего фронта облака зараженного воздуха (км/ч) (см. табл. 17.7).

Г_п = 4*5= 20 км, За расчетную глубину заражения принимается 20 км, как наименьшая из сравниваемых величин (Г) и (Г_п).

• 8. Нанесение зоны заражения на схему:
  • а) поскольку скорость приземного ветра равна 1 м/с то угловой размер зоны (см. табл. 17.5) равен 180;
  • б) при скорости ветра 1 м/с зона заражения имеет вид сектора.

Радиус сектора равен глубине зоны заражения Г. Точка О соответствует источнику заражения. Биссектриса сектора совпадает с осью следа облака и ориентирована по направлению ветра.

9. Определяем площадь зоны возможного заражения Sв (км2) по формуле (7): Sв = 0,872 · · Г2,.

где 0,872 — расчетный коэффициент.

Г — полная глубина зоны заражения, км.

Sв = 0,872 · 20² · 180 = 627,84 км².

10. Определяем площадь зоны фактического заражения Sв (км2) по формуле (8):

S_ф = k₈ · Г² · ,.

где k₈ — коэффициент, зависящий от степени вертикальной устойчивости воздуха (СВУВ) (см. табл. 17.2);

Г — полная глубина зоны заражения, км;

N — время после начала аварии, ч;

S_ф = 0,081 · 20² · = 42,7518 км².

11. Определение числа людей, подлежащих эвакуации.

Количество людей подлежащих эвакуации (N_э тыс. чел.) определяется по формуле:

N_э= А · S_в,

где, А — плотность населения, тыс. чел/км²;

S_в — площадь зоны возможного заражения, км².

N_э = 2 · 627,84= 1255,68 тыс. чел.

радиоактивность заражение авария эвакуация.

• 12. Определение потерь:
  • а) потери населения N_э (тыс.чел.) в регионах, областях, городах определяют по формуле (11):

.

где S_ф — площадь фактического заражения, км²;

b — процент потерь на открытой местности и в укрытии в зависимости от обеспеченности населения противогазами.

тыс. чел.

тыс.чел.

Структура потерь определяется согласно примечанию (табл. 17.8):

• а)Открытая местность:
  • — легкой степени (25%) — 8,5504 тыс.чел.;
  • — средней и тяжелой степени (40%) — 13,6806 тыс.чел.;
  • — со смертельным исходом (35%) — 11,9705 тыс.чел.

Укрытие:

• — легкой степени (25%) — 4,7027 тыс.чел.;
• — средней и тяжелой степени (40%) — 7,5243 тыс.чел.;
• — со смертельным исходом (35%) — 6,5838 тыс.чел.
• б)Потери населения в условиях объекта агропромышленного производства определяются по формулам:

N_п(о.м.) = N (о.м.) · П (о.м.).

где N_п(о.м.) — потери людей на открытой местности, чел.;

N (о.м.) — количество людей на открытой местности, чел.;

П (о.м.) — процент потерь на открытой местности (табл. 17.8).

N_п(о.м.) = 34,2014*40= 1368,056.

N_п(о.м.) =1369 чел.

N_п(укр) = N (укр.) · П (укр.).

где N_п(укр) — потери людей в укрытиях, чел.;

N (укр.) — количество людей в укрытиях, чел.;

П (укр.) — процент потерь в укрытиях (табл. 17.8).

N_п(укр) =18,8108*22= 413,8376.

N_п(укр) =414 чел.