Приложение Г. Источники ионизирующих излучений на Курской АЭС
1 Основными источниками радиационной опасности на Курской АЭС являются:
- реактор;
- бассейны выдержки;
- отработавшее топливо;
- трубопроводы и оборудование КМПЦ (насосы ГЦН, барабан-сепараторы, задвижки и т.д.);
- аппараты системы спецводоочистки и ее оборудование;
- хранилище жидких и твердых отходов;
- воздуховоды и оборудование спецвентсистем;
- детали и механизмы СУЗ, датчики КИП и РК, связанные с измерением параметров воды КМПЦ;
- оборудование газового контура и УПАК.
2 Процесс получения электроэнергии на АС основан на использовании ядерного топлива (уран-235, плутоний-239), при делении которого в реакторах более 80% освобождающейся энергии выделяется в виде кинетической энергии осколков деления и 20% - в виде энергии нейтрино и ионизирующих излучений: нейтронов, гамма-квантов, бета-частиц.
Энергия, высвобождающаяся при делении одного ядра урана-235, равна 200 МэВ или 3,2*10-11 Дж, а при делении 1 г - 8,2*1010 Дж, что эквивалентно 2,0*104 кВт*час.
Процесс деления сопровождается образованием новых радиоактивных веществ - осколков деления, а освобождающиеся нейтроны производят активацию ядер теплоносителя, продуктов коррозии, газов и конструкционных материалов.
3 Основными источниками нейтронов являются работающие реакторы, в активной зоне которых достигаются потоки нейтронов 1013-1014 нейтронов/(см2*с).
Замедление быстрых нейтронов до тепловых происходит в основном в замедлителе, а также в отражателе и биологической защите.
При делении одного ядра урана-235 образуется 2 или 3 нейтрона.
Средняя энергия нейтронов деления равна 2 МэВ, максимальная-17 МэВ.
При работе реакторов потоки нейтронов могут наблюдаться в центральных залах и прилежащих к реактору помещениях.
4 При работе реакторов образуются гамма-кванты с энергиями от 0,1 до 10 МэВ в результате следующих процессов:
а) при делении ядер урана-235 и плутония-239 возникает мгновенное гамма-излучение с энергией от 0,2 до 7 МэВ;
б) при радиационном захвате тепловых нейтронов ядрами нуклидов конструкционных материалов происходят ядерные реакции с испусканием гамма-квантов, в результате которых образуются новые радиоактивные ядра. Гамма-кванты, возникающие в результате радиационного захвата, имеют энергию до 10 МэВ. Так, например, энергия захватных гамма-квантов железа достигает 7-10 МэВ, хрома - 9 МэВ, никеля - 9 МэВ, титана - 6,7 МэВ, алюминия - 7,7 МэВ, меди - 7,8 МэВ, цинка - 9 МэВ, натрия - 6,4 МэВ;
в) в активной зоне реактора происходит взаимодействие нейтронов с ядрами теплоносителя, продуктов коррозии, газов и конструкционных материалов по реакциям (n,гамма), (n,р), (n,альфа), (n,2n) и др.
Радиоизотопы, образующиеся при этих реакциях, обладают периодами полураспада от нескольких секунд до нескольких лет. Активность, обусловленная продуктами активации, называется наведенной.
Активность остановленного оборудования определяется гамма-излучением активированных примесей и продуктов коррозии металлов, которые отложились на поверхностях оборудования, арматуры и трубопроводов в процессе эксплуатации. Это обычно кобальт-60, кобальт-58, железо-58, марганец-54, хром-51, цинк-65 и другие. Накопление продуктов коррозии приводит к возрастанию мощностей доз гамма-излучения в рабочих помещениях.
Эффективное снижение уровней гамма-излучения в рабочих помещениях дает внутриконтурная дезактивация оборудования и трубопроводов.
Основные долгоживущие радиоизотопы приведены в таблице Г.1.
Таблица Г.1 – Радиоизотопы - продукты коррозии
| Изотопы | Период полураспада | Энергия излучения, МэВ | |
| b-частицы (max энергия) | g-квант | ||
| Хром-51 | 27,8 дня | 0,32 | |
| Марганец-54 | 291 день | 0,84 | |
| Марганец-56 | 2,58 часа | 0,71,052,86 | 0,841,812,12 |
| Железо-59 | 45 дней | 0,270,46 | 1,11,29 |
| Кобальт-58 | 71,3 дня | 0,48 | 0,510,81 |
| Кобальт-60 | 5,24 года | 0,41 | 1,171,33 |
| Цинк-65 | 235 дней | 0,325 | 1,12 |
| Медь-64 | 12,8 часа | 0,0656 | 1,34 |
| Цирконий-95 | 65 дней | 0,360,4 | 0,72 |
| Ниобий-95 | 35 дней | 0,16 | 0,77 |
5 Источниками бета-излучения являются детали, извлекаемые из реакторов, технологическое оборудование, контурные и дренажные воды, радиоактивные газы и аэрозоли.
Наибольшую опасность за счет активации материала представляют детали, находящиеся в реакторах при работе на мощности. Эти детали при извлечении из реактора имеют сравнительно небольшую гамма-активность, но создают большие потоки бета-частиц. При контакте с извлеченными из реактора предметами могут произойти радиационные ожоги рук и тела. Радиационные ожоги вызывают также растворы с концентрацией осколочной активности 3,7*1010Бк/л и выше.
6 Источниками радиоактивных газов являются реакторы, вода КМПЦ, межреакторное пространство, газовые и маслосистемы оборудования КМПЦ, система охлаждения биологической защиты реактора.
Газовая активность обусловлена аргоном-41 и газообразными продуктами деления: изотопами ксенона и криптона, а также изотопами йода в парообразном состоянии. Аргон-41 образуется в активной зоне реактора по реакции Ar-40 (p,n) из стабильного Ar-40.
Небольшой период полураспада аргона-41 Т1/2 = 1,82 часа (энергия гамма-кванта и бета-частиц равна 1,3 Мэв и 1,18 Мэв соответственно) облегчает условия ремонта оборудования газовых контуров после останова реактора.
Поступление радиоактивных газов в производственные помещения происходит через газовые уплотнения реакторов, при разгерметизации газовых контуров, боксов и оборудования.
7 Гамма-излучение продуктов деления урана-235 представляет наибольшую опасность для персонала из-за их высокой активности.
Активность облученного топлива за счет продуктов деления после извлечения его из реактора может составлять несколько десятков тысяч и даже сотен тысяч кюри.
При разгерметизации ТВЭЛов в теплоноситель поступают летучие и твердые продукты деления, так как при длительной работе реакторов на номинальной мощности давление радиоактивных газов в ТВЭЛах достигает несколько десятков кг/см2. Осколки деления могут дать существенный вклад в остаточную активность воды КМПЦ.
Аварийные ситуации с ядерным топливом приводят к резкому увеличению мощностей доз гамма-излучения в помещениях газовых контуров, а также к увеличению газовой активности в приреакторных помещениях, в вытяжных вентсистемах и венттрубах.
Во время работ по извлечению технологических каналов с разгерметизированными ТВЭЛами графитовых реакторов может произойти загрязнение графитовой кладки, дренажных систем и верхней плиты ядерным топливом и твердыми продуктами деления.
Основные наиболее распространенные радиоизотопы, образующиеся при делении, приведены в таблице Г.2.
Таблица Г.2 – Радиоизотопы - продукты деления
| Изотопы | Период полураспада | Энергия излучения, МэВ | |
| b-частицы (max энергия) | g-квант | ||
| Газообразные | |||
| Криптон-85М | 4,4 часа | 0,522,7 | 0,150,305 |
| Криптон-87 | 78 мин. | 1,33,33,85 | 0,40,852,16 |
| Криптон-88 | 2,77 часа | 0,520,92,7 | 0,362,4 |
| Ксенон-133 | 5,27 дня | 0,35 | 0,081 |
| Ксенон-135 | 9,24 часа | 0,91 | 0,25 |
| Ксенон-138 | 17 мин. | 2,4 | 0,42 |
| Аэрозольные | |||
| Рубидий-88 | 18 мин | 3,35,2 | 1,834,87 |
| Цезий-138 | 32 мин. | 2,02,93,4 | 0,461,011,43 |
| Йод-131 | 8,08 дня | 0,61 | 0,364 |
| Йод-133 | 20,5 часа | 1,85 | 0,53 |
| Твердые | |||
| Стронций-89 | 51 день | 1,46 | 0,915 |
| Стронций-90 | 28 лет | 0,53 | |
| Иттрий-90 | 64,5 часа | 0,26 | |
| Цирконий-95 | 65 дней | 0,360,4 | 0,72 |
| Ниобий-95 | 35 дней | 0,16 | 0,77 |
| Рутений-108 | 40 дней | 0,22 | 0,22 |
| Рутений-106 | 1 год | 0,04 | 0,510,02 |
| Цезий-137 | 30 лет | 0,52 | 0,66 |
| Барий-140 | 12,8 дня | 0,41,0 | 0,080,54 |
| Лантан-140 | 40,2 часа | 1,361,662,15 | 1,60,810,49 |
Такие газообразные изотопы, как криптон-88 (Т1/2 = 2,77 часа) и ксенон-138 (Т1/2 = 17 мин) при распаде генерируют аэрозольные частицы рубидий-88 и цезий-138 соответственно, которые при осаждении дают значительные по величине загрязнения поверхностей помещений, оборудования и спецодежды.
Источниками радиоактивных аэрозолей и поверхностных загрязнений являются технологическое оборудование при нарушении его герметичности (протечки, свищи) или при разборке, фильтры вытяжных вентсистем, извлекаемые из реактора предметы, радиоактивные отходы, газообразные продукты деления.
Радиоактивные аэрозоли и загрязнения обусловлены изотопами, образующимися при делении ядер урана-235 и при активации продуктов коррозии.
Уровни радиоактивных загрязнений и концентрации радиоактивных аэрозолей значительно повышаются при проведении ремонтных и аварийных работ.
8 При работе станции появляются жидкие, твердые и газообразные радиоактивные отходы.
Жидкими радиоактивными отходами являются вода, применяемая в качестве теплоносителя и для охлаждения оборудования, растворы, образующиеся после дезактивации оборудования и помещений, и обмывочные воды. Все воды, содержащие в растворенном виде или в виде взвесей радиоактивные вещества, поступают на спецводоочистку на переработку. Пульпа и кубовый остаток направляются в емкости хранилища жидких отходов на хранение, а конденсат - в главный корпус на подпитку контуров и обмывку помещений. Часть дебалансных вод после соответствующей проверки направляется в хозяйственно-фекальную канализацию.