Авария на АЭС ""

СПб Государственный  Электротехнический Университет «ЛЭТИ» 
 

РЕФЕРАТ 
 

Авария  на АЭС «Фукусима-1» 
 

СТУДЕНТ 

 

Оглавление 
 
 

 

Введение

     К 2011 г., за 25 лет, прошедших после аварии на Чернобыльской АЭС, мировым сообществом были предприняты значительные усилия по повышению безопасности АЭС, и казалось, что Чернобыльская трагедия не повторится. Тем не менее, в мире все еще эксплуатируется значительное количество старых АЭС, в конструкции которых отсутствует целый ряд систем обеспечения безопасности, предусмотренных в современных проектах. К таким АЭС относится и «Фукусима-1», расположенная на восточном побережье острова Хонсю в 200 км к северо-востоку от Токио. На всех шести энергоблоках АЭС «Фукусима-1» установлены кипящие водо-водяные ядерные реакторы (BWR) корпусного типа, спроектированные компанией General Electric еще в 1960-е гг. прошлого века¹.

     Строительство АЭС началось в 1966 г., и 1-й энергоблок мощностью 460 МВт был введен в эксплуатацию в марте 1971 г. В 1974 г. был введен в эксплуатацию 2-й энергоблок мощностью 784 МВт, в 1976 г. – 3-й энергоблок, а в 1978 г. – 4-й и 5-й энергоблоки такой же мощности; в 1979 г. введен в эксплуатацию 6-й энергоблок мощностью 1100 МВт. Таким образом, продолжительность работы ядерных реакторов АЭС «Фукусима-1», на которых в марте 2011 г. произошли аварии, составляет от 35 до 40 лет.

     По-видимому, факторами, способствовавшими катастрофическому  развитию аварии на АЭС «Фукусима-1», наряду с землетрясением и цунами, являются устаревшая конструкция ядерных реакторов, недостаточно эффективные действия по ликвидации аварии частной эксплуатирующей компанией TEPCO и запоздалое подключение к этой деятельности правительства Японии. В результате произошла радиационная авария глобального масштаба, в той или иной мере затрагивающая интересы населения всего мира, в том числе и Российской Федерации.

     1. Авария и меры  по ее локализации

     11 марта 2011 г. в 05:46 UTC в Тихом  океане к востоку от японского  острова Хонсю произошло мощное 9-балльное землетрясение, вызвавшее сокрушительное цунами.

     На  АЭС «Фукусима-1» компании ТЕРСО  в момент землетрясения действием  аварийной защиты были остановлены  три работающих энергоблока. Другие три блока были остановлены ранее  для плановых работ, а из 4-го энергоблока за три месяца до землетрясения было выгружено ядерное топливо².

     Спустя  час после землетрясения сильное  цунами прервало электроснабжение станции, в том числе и резервное. Без  достаточного охлаждения во всех трёх ядерных реакторах недавно остановленных энергоблоков начал снижаться уровень теплоносителя и повышаться температура и давление. Для недопущения повреждения корпуса реактора пар, содержащий большое количество летучих радионуклидов в результате разгерметизации тепловыделяющих элементов, сбрасывали в защитную оболочку реактора. Затем, при возникновении угрозы ее повреждения, пар выпускали в помещения энергоблоков и далее в атмосферу. При сбрасывании пара под куполом реакторных отделений скапливалось большое количество водорода, образовавшегося в результате оголения тепловыделяющих элементов и пароциркониевой реакции.

     Первый  взрыв водорода произошел на 1-м  энергоблоке 12 марта и разрушил бетонные конструкции здания, но корпус реактора и защитная оболочка не пострадали. 14 марта по тем же причинам произошёл взрыв на 3-м энергоблоке.

     В этот же день произошёл взрыв и  пожар в хранилище отработавшего  ядерного топлива на 4-м энергоблоке. На следующий день, 15 марта, взрыв  водорода произошел в здании 2-го энергоблока. Были разрушены бетонные конструкции здания и повреждена защитная оболочка реактора. Все взрывы энергоблоков и пожар в хранилище отработавшего ядерного топлива сопровождались значительными выбросами летучих радионуклидов в атмосферу. Разрушения энергоблоков видны на снимке из космоса от 19 марта, приведенном на рисунке 1.

     Рисунок 1. Вид энергоблоков1-4 АЭС «Фукусима-1» (Даичи) 19 марта 2011 г. после аварии³.

     Основные  усилия по предотвращению катастрофического  развития ситуации на АЭС «Фукусима-1»  были направлены на обеспечение охлаждения ядерного топлива в реакторах и отработавшего ядерного топлива в бассейнах выдержки. С 14 марта в поврежденные здания 1–4-го энергоблоков подавалась морская вода при помощи пожарных рукавов, делались попытки сброса морской воды в помещения с помощью вертолетов, а в дальнейшем – и с помощью мощных насосов.

     Наладить  охлаждение ядерного топлива в реакторах на протяжении первых недель после начала аварии не удалось. Активные зоны во всех трех аварийных реакторах постепенно оплавились, степень повреждения топлива в трех реакторах оценена от 30% до 55%. В дальнейшем было установлено, что все ядерное топливо в 1-м энергоблоке расплавилось в первые сутки после аварии, затем проплавило корпус реактора и вышло за его пределы. Здания энергоблоков получили сильные повреждения. Достоверных данных о реальном состоянии корпусов реакторов и защитных оболочек долго не было. Однако при закачке воды в корпуса реакторов часть ее вскоре оказалась в бассейнах реакторных помещений. С третьей декады марта происходил значительный, частично контролируемый, а частично неконтролируемый сброс радиоактивных веществ в акваторию Тихого океана.

     Внутри  зданий энергоблоков мощность дозы была настолько высока, что препятствовала проведению аварийных работ. Причиной этого было наличие в бассейнах воды с очень высокой концентрацией радионуклидов, вытекшей из поврежденных корпусов реакторов.

     По  сообщениям компании ТЕРСО, полная стабилизация ситуации с аварийными реакторами, т.е. перевод их в состояние холодного останова, и прекращение утечек радионуклидов в окружающую среду потребуют, как минимум, еще нескольких месяцев усилий.

     На  промышленной площадке АЭС «Фукусима-1»  радиационная обстановка менялась в  зависимости от продолжающихся радиоактивных  выбросов из реакторов 1-го, 2-го и 3-го энергоблоков и хранилища отработавшего ядерного топлива 4-го энергоблока, а также из-за растекания радиоактивной воды по территории площадки и в акваторию Тихого океана. В период взрывов водорода на энергоблоках мощность дозы гамма-излучения на промплощадке достигала 1000 мкЗв/час (рис. 2) и снижалась со временем. К концу апреля радиационная обстановка вблизи аварийных реакторов стабилизировалась, и мощность дозы на открытой местности не превышала 500 мкЗв/час.

     Рисунок 2. Мощность дозы гамма-излучения (мкЗв/ч) на промплощадке АЭС «Фукусима-1» с 14 по 31 марта 2011 г.

 

2. Радиационная обстановка в Японии

     За  пределами промышленной площадки АЭС «Фукусима-1» радиационная обстановка в первые дни после аварии формировалась радиоактивными выпадениями из воздушных масс, прошедших над аварийной АЭС. Авария развивалась без значительного разрушения корпусов реакторов и выбросов радионуклидов в верхние слои атмосферы. Перегрев ТВЭЛов в реакторах и бассейнах выдержки отработавшего ядерного топлива привел к их разгерметизации и выделению в воздух и охлаждающую воду радиоактивных благородных газов и радионуклидов летучих элементов (йода, теллура, цезия).

     Радионуклиды  выбрасывались в нижние слои атмосферы, главным образом, путем стравливания пара из реакторов и защитных оболочек. Измерения, проведенные в Японии и за ее пределами, обнаружили в воздухе только радионуклиды летучих элементов.

     Уровни  выпадений на местности были обусловлены как интенсивностью выбросов, так и направлением ветра и наличием осадков. Основное пятно радиоактивного загрязнения на территории Японии образовалось 15–16 марта в префектуре Фукусима в северо-западном направлении на расстоянии до 50 км от АЭС. Мощность дозы гамма-излучения на 21 марта 2011 г. в центральной части пятна достигала 100 мкЗв/час, а через месяц снизилась до 40 мкЗв/час за счет радиоактивного распада короткоживущих радионуклидов теллура и йода, преобладавших в первоначальной смеси радионуклидов. Значимые выпадения ¹³¹I были обнаружены в 12 префектурах Японии, а выпадения ¹³⁷Сs – в 9 префектурах к середине марта. В нескольких префектурах концентрация ¹³¹I в питьевой воде в марте превышала установленные в Японии национальные уровни вмешательства (300 Бк/л для взрослых и 100 Бк/л для детей). В овощах и молоке в восьми префектурах, преимущественно к северо-западу от АЭС (Фукусима, Чиба, Гумма, Ибараки, Мияги, Ниигата, Точиги и Ямагата), в марте и апреле выявлялись концентрации ¹³¹I и ¹³⁷Cs, превышающие значения, установленные международными рекомендациями (CODEX 2006)⁴. Концентрация ¹³¹I в зеленных овощах (например, в шпинате), отобранных на территориях, расположенных на расстоянии до 30 км и более от АЭС, достигала нескольких тысяч Бк/кг. Содержание радионуклидов ¹³⁷Cs в мясе рыбы песчанки, выловленной у берегов Японии, также превышало допустимые значения.

     В районе Токио значительное повышение  концентрации радионуклидов ¹³¹I (до 245 Бк/м3) и цезия-137 (до 53 Бк/м3) в воздухе было зафиксировано в течение нескольких часов в середине дня 15 марта 2011 года. В этот же период в районе Токио было зафиксировано кратковременное повышение гамма-фона до 0,5 мкЗв/час. Содержание радионуклидов ¹³⁷Cs в мясе рыбы песчанки, выловленной у берегов Японии, также превышало допустимые значения.

3. Меры защиты населения Японии

     В связи с опасностью возникновения радиационной аварии после землетрясения и цунами, которая могла привести к облучению населения, власти Японии распорядились провести превентивную эвакуацию жителей ближней зоны АЭС (сначала радиусом 2 км, а затем 3 км) уже 11 марта, еще до первых выбросов радионуклидов в атмосферу. На следующий день, когда произошел первый взрыв на реакторе, зона обязательной эвакуации была расширена до 10 км, а позже в тот же день – до 20 км. Эвакуация около 200 тысяч жителей была, в основном, завершена 15 марта.

     Жителям кольцевой зоны радиусом от 20 до 30 км от АЭС было рекомендовано укрыться в домах. Среди них были оперативно распределены таблетки стабильного йода (для детей – йодсодержащий сироп) для защиты щитовидной железы от радиоактивного йода. 16 марта жителям в возрасте до 40 лет было предписано принять эти препараты.

     Власти  Японии ввели запрет на потребление  растительных (свежие овощи) и животных (молоко и молочные продукты) пищевых продуктов из ряда префектур, подвергшихся радиоактивному загрязнению. В настоящее время запреты остаются в силе только в префектурах Фукусима и Ибараки.

     Был также введен мониторинг и, при необходимости, бракераж экспортируемых пищевых продуктов.

     Эффективность применения этих мер защиты населения  неопределенна, но выборочные измерения радиоактивного йода в щитовидной железе около 1000 детей, живших в наиболее радиоактивно загрязненной местности, не выявили существенной активности.

     Дальнейший  радиационный мониторинг местности  и оценки ожидаемых доз населения показали, что в нескольких населенных пунктах на расстоянии более 30 км к северо-западу от АЭС может быть превышена годовая доза 20 мЗв, установленная в Японии как критерий для эвакуации.

     По  этой причине 11 апреля была начата эвакуация  поселков Иитате и Кавамата, расположенных за пределами 30-километровой зоны. Эта эвакуация проводилась в течение месяца и на сегодняшний день уже завершена.

     Правительство также рекомендовало добровольную эвакуацию из кольцевой зоны между  окружностями радиусами от 20 до 30 км от АЭС, где школы будут закрыты.

     В загрязненных населенных пунктах ведется  дезактивация почвы, дорог и строений с использованием чернобыльского опыта.

 

4. Перенос радионуклидов за пределы  Японии воздушным и водным путями

     Из-за островного положения Японии радионуклиды из района аварийной АЭС могут попадать в другие страны переносом на дальние расстояния по воздуху или с массами морской воды. В зоне аварии преобладают ветры с запада, которые унесли большинство радиоактивных выбросов в сторону Тихого океана. В восточном же направлении происходит перенос основных количеств летучих радионуклидов. Часть из них осаждается на поверхности океана, а часть достигает суши.

     Первые  сведения о поступлении с воздушными массами радионуклидов в другие страны поступили из западных штатов США (Аляска, Гавайи, Вашингтон, Орегон, Калифорния) 18 марта 2011 г. со станций мониторинга Международной организации договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний (ОДВЗЯИ) и Агентства по охране окружающей среды США (US EPA). Наблюдались кратковременные (1–2 суток) незначительные повышения уровней гамма-излучения и суммарной бета-активности атмосферного воздуха. Данные о составе и концентрации радионуклидов в воздухе не сообщались.

     По  данным Сахалинского Росгидромета, следы  ¹³¹I и ¹³⁷Cs обнаружены в пробах воздуха, отобранных 21–22 марта 2011 г. 23 марта содержание ¹³¹I в воздухе составляло 16·10^-6 Бк/м³, 24 марта – 75·10^-6 Бк/м³, 25 марта – 321·10^-6 Бк/м³. Кроме ¹³¹I, в воздухе зафиксированы следы ¹³²I, ¹³⁷Cs, ¹⁴⁰La и ¹⁴⁰Ba. С 23 марта по 5–8 апреля 2011 г. незначительные концентрации ¹³¹I, ¹³⁷Cs и ¹³⁴Cs регистрировали в воздухе Магаданской области, Приморского и Хабаровского краёв.

     22 марта 2011 г. небольшие концентрации  радионуклидов, которые пересекли  Тихий океан, Северную Америку и Атлантический океан, были обнаружены над Исландией.

     Концентрации  были ничтожно малы и не представляли угрозы для здоровья людей. Начиная с 23 марта, поступали данные об обнаружении ¹³¹I в атмосферном воздухе в городах Германии, Киеве, Санкт-Петербурге и других городах Европы.

     27 марта 2011 г. было обнаружено небольшое количество ¹³¹I в атмосферном воздухе на трех измерительных станциях китайской северо-восточной провинции Хэйлунцзян. Согласно заявлению Китайского центра по контролю и профилактике заболеваний «низкий уровень» концентрации ¹³¹I не представляет угрозы для здоровья населения, в связи с чем нет необходимости в принятии каких-либо профилактических мер. В последующие дни крайне низкое содержание ¹³¹I, ¹³⁷Cs и ¹³⁴Cs было выявлено в небе над Пекином и рядом провинций Китая.