Оцінка радіаційних обставин в наслідок аварії на РНО після її стабілізації

Оцінка радіаційних обставин в період формування сліду хмари після аварії на АЕС

Встановлено, що при аварії на АЕС викид радіонуклідів за межі реактору енергоблоку являє собою розтягнутий у часі процес , який триває протягом 4-5діб. Шкода здоров’ю людини, яку викликає іонізуюче випромінювання залежить від кількості та щільність радіонуклідів на забрудненій території.

Для оцінки дії іонізуючого випромінювання на людину використовують наступні одиниці вимірювання:

Експозиційна доза Д _експ.( Кл/кг) - дозиметрична величина, при якій в 1 кг сухого чистого повітря утворюються іони , що несуть 1Кулон (Кл) електрики кожного знаку. Вона визначається тільки для повітря при гамма і рентгенівському випромінюванні.

Позасистемна одиниця експозиційної дози - рентген (Р). 1 рентген це доза опромінення, при якій в 1см сухого та чистого повітря при нормальних умовах (20°С, 760 мм. рт. ст.) створюється 2,08x10⁹ пар іонів. (1Кл/кг=3876 Р)

Поглинута дозаД_погл, – дозиметрична величина, яка визначається енергією випромінювання поглинутого одиницею маси опроміненої речовини (Дж /кг) - грей (Гр). Поглинута доза – це основна дозиметрична величина для оцінки радіаційної небезпеки.

Позасистемна одиниця - рад (рад). 1 Гр =100рад, а 1рад= 0,87 Р.

Еквівалентна дозаД _екв , Зіверт (Зв) - дозиметрична величина для оцінки шкоди здоров’ю людини будь-якого складу іонізуючого випромінювання

Д _екв.= Д _погл.∙k _як.,,

де k_як- коефіцієнт якості, що характеризує залежність біологічно небезпечних наслідків опромінення людини від характеристики іонізуючого випромінювання. 1Зв = 1 Дж /кг. При k _як =1 - 1 Зв =1 Гр.

Позасистемна одиниця - біологічний еквівалент рентгену (бер). 1 Зв=100 бер, 1 рад=0,87 бер.

Активність джерела радіоактивного випромінювання Кюрі(Кu) характеризує кількість розпаду атомів радіонуклідів за одиницю часу. 1Кu відповідає 3,7∙10¹⁰ розпадків атомів радіонуклідів за секунду (1 Кu=3,7∙10¹⁰ 1/с).

Рівень забруднення території радіонуклідами (П) оцінюється активністю радіонуклідів на одиницю площі (Кu /км²).

Потужність дози іонізуючого випромінювання визначається, як відповідна доза випромінювання за одиницю часу (Р=Д/t) . Потужність вимірюється в рад/год, бер/год, Р/год.

Співвідношення рівня забруднення території з потужністю дози (рівнем радіації) на відповідній місцевості становить

Р(мбер/год)=0,009 ∙ П(Кu /км²)

Активність радіонуклідів на Чорнобильській АЕС на момент аварії показана в табл.1.

Таблиця 1.
Активність радіонуклідів на Чорнобильскій АЕС на момент аварії, Кюрі (Кu).

Оцінку радіаційних обставин після аварії на АЕС виконують з використанням довідкових таблиць, які розміщені в Додатку 1. по наступному алгоритму:

1. Визначаємо категорію стійкості атмосфери.

2.Визначаємо середню швидкість переміщення радіоактивної хмари.

3.Визначаємо параметри зон радіоактивного забруднення.

4. На міліметровому аркуші А4 в відповідному масштабі викреслюємо зони радіоактивного забруднення з розташуванням об’єкта господарювання (ОГД).

5.Визначаємо, в яку зону забруднення потрапив ОГД.

6. Визначаємо дозу опромінення, яку можуть отримати робітники в серединні зони радіоактивного забруднення , в яку потрапив ОГД за період перебування в ній , для чого:

7. визначаємо величину часу початку формування сліду для ОГД (t_поч) по табл. Б.9.

- на міліметровому аркуші А4 будуємо графік залежності величини дози опромінення отриманої робітниками при розміщенні в середині зони забруднення ( Д_сер.), від часу початку формування сліду радіоактивної хмари (t_поч) по табл. Б.7, Б.8 .

- за графіком Д_сер. (t_поч) визначаємо величину дози опромінення, отриманої робітниками в середині зони для визначеної величини часу початку формування сліду (t_поч) в районні ОГД.

8. По даним графіка будуємо графік залежності дози опромінення , яку можуть отримати робітники на відкритій місцевості Д_відкр в залежності від відстані до АЕС – Lх.

9. За графіком визначаємо величину дози опромінення, яку можуть отримати робітники на відкритих майданчиках в районні ОГД Д_відкр.

10. Визначаємо величину дози опромінення, яку можуть отримати робітники при знаходженні людей в цеху.

11. Проводимо порівняння визначених доз опромінення з величинами допустимих доз опромінення.

12. На основі отриманих даних робимо висновки по можливим ступенях променевої хвороби робітників та необхідних заходах протидії ураження та організації робіт і інших заходів по захисту працівників.

Прогнозування радіаційних обставин після аварії на АЕС проведемо на конкретному прикладі.

Приклад 1.

Дано:На АЕС виникла аварія. Зруйнований один з ядерних реакторів типу …………. В атмосферу викинуто h % радіоактивних речовин. Час доби, коли відбулася аварії (час аварії)-Т. Метеорологічні умови в місті аварії наступні: вітер на висоті 10 м від поверхні Землі дме в напрямку ОГД зі швидкістю V_10, м/с; хмарність - ……; об'єкт народного господарювання віддалений від району аварії на відстані Lx,км. Робітники працюють на відкритих майданчиках та в цеху впродовж терміну N, діб.

В процесі розв’язування задачі необхідно:

1) Розрахувати параметри зон радіоактивного забруднення та накреслити їх та місце знаходження ОГД на міліметровому аркуші в форматі А4.

2) Визначити в якій зоні радіаційного забруднення знаходиться ОГД.
3) Визначити час початку радіаційного опромінення робітників.
4) Визначити дозу опромінення яку отримають робітники за період виконання робіт на відкритій місцевості та в цеху.

5). Характеризувати можливі зміни в здоров’ї робітників при перебуванні в зонні радіоактивного забруднення.
5) Виробити пропозиції по забезпеченню безпеки робітників при виконанні робіт в зоні радіаційного забруднення.

Після аварії на РНО параметри зон забруднення місцевості радіоактивними елементами залежать від:

- потужності та типу зруйнованого реактора ;

- часу доби, коли відбулася аварії;

- кількості викинутих з реактора радіоактивних речовин;

- метеорологічних умов в місті аварії (напрямку і швидкості вітру, стану погоди).

Доза радіаційного опромінення, яку можуть отримати люди залежать від:

- часу початку радіаційного опромінення робітників після аварії на РНО;

- відстані до району аварії на якій знаходиться ОГД (в яку зону радіаційного забруднення потраплять робітники);

- тривалості перебування в зоні радіаційного забруднення;

- величини коефіцієнту послаблення радіації захисних споруд, де перебувають робітники (К_посл ).

1.1.Визначаємо категорію стійкості атмосфери.

Інтенсивність переміщення струмів повітря по вертикалі залежить від стану атмосфери в приземному шарі , який характеризується наступними параметрами:

- Конвекція (А)- вертикальне переміщення потоків повітря з однієї висоти на іншу;

- Ізотермія (Д) - характеризується стабільністю температури повітря до висоти 30 метрів над поверхнею землі що веде до застою радіоактивної хмари;

- Інверсія (Г) - підвищення температури повітря із збільшенням висоти, призводить до осідання радіоактивних речовин на землі, що призводить до підвищення щільності радіоактивного забруднення.

По таблиці Б.1 «Категорії стійкості атмосфери» (Додаток 1) по відомим: швидкості вітру (V_10,.м / с ),часу доби аварії (Т) та стану погоди (хмарність) визначаємо категорію стійкості атмосфери –конвекція (А ), Ізотермія (Д) чи Інверсія (Г).

1.2.Визначаємо середню швидкість переміщення радіоактивної хмари.

Так як вітер на різних висотах буде мати різну швидкість, то радіоактивна хмара буде рухатися з середньою швидкістю відносно земної поверхні , величина якої залежить від категорії стійкості атмосфери та швидкості вітру на висоті 10 метрів.
По Таблиці Б.3. (Додаток1) знаходимо, що для знайденої категорії стійкості атмосфери – А,Д,Г, при швидкості вітру V₁₀ = (…….), середня швидкість переміщення радіоактивної хмари становить: V сер = …. м / с.

1.3.Визначаємо межі зон радіоактивного забруднення.

В період формування радіоактивного сліду хмари поширення радіоактивних речовин буде нерівномірним , отже, залежно від відстані до району аварії, рівень радіоактивного забруднення території та рівень радіації будуть різними. В залежності від потужності дози радіації на місцевості, забруднена територія, поділяється відповідно на п’ять зон радіоактивного забруднення зони (М,А,Б,В,Г).
Зона «Г» - надзвичайно небезпечного забруднення, на зовнішній межі якої доза опромінення дорівнює 14 бер / годину;
Зона «В» - небезпечного забруднення, на зовнішній межі доза опромінення дорівнює 4,2 бер / годину;

Зона «Б» - сильного забруднення, на зовнішній межі доза опромінення дорівнює 1,4 бер / годину;
Зона «А» - помірного забруднення, на зовнішній межі доза опромінення дорівнює 0,14 бер /годину;
Зона «М» - радіаційної небезпеки, на зовнішній межі доза опромінення дорівнює 0,014 бер /годину.

По типу реактора, категорії стійкості атмосфери та середній швидкості переміщення радіоактивної хмари (V сер = … м / с ) по таблиці Б.2 (Додаток 1) визначаємо відповідні межі зон радіоактивного забруднення:

довжину зон (Lх М, LхА, LхБ, LхВ, LхГ);

ширину зон (LyМ, LyА, LyБ, LхВ, LхГ).

1.4.Викреслюємо зони радіоактивного забруднення.

В відповідному масштабі по визначеним розмірам викреслюємо зони радіоактивного забруднення де, на відповідній відстані від РНО, позначаємо ОГД. Масштаб визначаємо по розмірам довжини Lх та ширини Lу зони, яка має найбільші значення. Приклад побудови зон радіоактивного забруднення показано на Рисунку 1.1. Зразки виконання графічного матеріалу в РГР на мапі показано в Додатку 2, Рисунок 1.1.

Рисунок 1.1. Зони радіоактивного забруднення території при аварії на РНО.

1.5.Визначаємо, в яку зону забруднення потрапив ОГД .

По Рисунку 1.1. визначаємо в яку зону потрапляє ОГД. Для нашого прикладу ОГД потрапляє в зону М.

1.6.Визначаємо дозу опромінення яку отримають робітники.

Спочатку визначаємо дозу опромінення Д_сер , яку можуть отримати робітники в середині зони А, в яку потрапив ОГД, за … діб.

Для чого необхідно знати час початку формування сліду хмари t_поч .

Величина часу початку формування сліду (t_поч) залежить від категорії стійкості атмосфери, середньої швидкості переміщення радіоактивної хмари та відстані від РНО до місця розміщення об’єкту, та визначається по табл. Б.9.

Доза опромінення залежить від часу початку опромінення , тому для її визначення необхідно побудувати графік залежності дози опромінення отриманої робітниками від часу початку формування сліду радіоактивної хмари Д_сер. (t_поч), використовуючи дані таблиць Б.7,(Б.8). Графік залежності Д_сер. (t_поч), показаний на Рисунку 1.2.

		Тип реактору- ……… Хмарність - .………….. Швидкість вітру V10-.… Зона забруднення-….

t _поч, год

t _{поч. ОГД}

₀ Д _{сер ОГД} д _сер, бер

Рисунок 1.2. Графік можливих доз опромінення в залежності від часу початку опромінення.

Зразок виконання графіку залежності Д_сер. (t_поч) в РГР показаний в Додатку 2, Рисунок 1.2.

За графіком Д_сер. (t_поч) (Рисунок 1.2.) визначаємо, що, для нашого випадку та часу початку формування сліду t_{поч ОГД},величина дози опромінення, отриманої робітниками в середині зони … за … діб роботи, становить Дсер _ОГД.

При зменшені відстані до місця аварії потужність дози радіоактивного опромінення в кожній зоні збільшується, а при збільшенні відстані - зменшується. Так доза опромінення на внутрішній межі зони в 1,8 або 3,2 разів вище , а на зовнішній – в 1,8 або 3,2 разів нижче від Дсер. (дивись примітки в Таблицях Б.7 ,Б.8).

Для визначення дози опромінення на відкритій місцевості (Д_відкр,бер), отриманої робітниками ОГД в даній зоні на будь якій відстані Lх, будуємо графік залежності дози опромінення від відстані до АЕС - Д_відкр (Lх) , по відповідним даним Таблиць Б.7, Б.8, (Рисунок 1.3.).

Зразок виконання графіку залежності Д_відкр (Lх) в РГР показаний в Додатку 2, Рисунок 1.3.

За графіком (Рисунок 1.3.) знаходимо дозу опромінення робітників, які працюють на відкритих майданчиках Д_відкр , по відстані ОГД від АЕС - L_{х ОГД} .

При розміщенні людей в захисних спорудах, цехах та автомобілях, в залежності від величини коефіцієнту послаблення радіації (К_посл ), доза опромінення зменшується Д_цех = Д_{відкр ОГД} : К_посл. Середні значення К_посл для деяких споруд надані в таблиці Б. 10.

Д, бер

Д відкр

Д сер дал

0 Lx бл Lx ОГД Lx дал Lx,км

Рисунок 1.3. Графік залежності дози опромінення отриманої робітниками ОГД на відкритій місцевості від відстані до РНО.

1.7.Пропозиції по прогнозованій ситуації

Допустимі дози опромінення регламентуються нормативними документами по радіаційній безпеці та санітарними нормами. Так для населення річна допустима доза Д^рік_доп = 0,1бер, аварійна допустима доза опромінення для населення Д^авар _доп= 10 бер., а для персоналу атомної станції Д^авар _{доп АЕС}= 25 бер.

В залежності від розрахованої дози опромінення отриманої робітниками визначаємо можливий ступінь променевої хвороби робітників та приймаємо відповідні рішення про :

- проведення йодової профілактики робітників та членів їх сімей, для чого протягом 10 днів надати кожній дорослій людині йодистий калій - по 1 таблетці на добу, а дітям до трьох років та вагітним жінкам приймати йодистий калій по 0,5 таблетки 1 раз на добу протягом двох діб;

-підсилення радіаційного контролю ;

-скорочення терміну роботи на відкритих майданчиках ;

-проведення заходів по дезактивації території ;

-необхідні потреби дезактиваційних речовин;

-організацію виконання роботи .

Оцінка радіаційних обставин в наслідок аварії на РНО після її стабілізації

Після стабілізації радіаційних обставин на АЕС на грунт та у воду випадуть радіоактивні речовини з великим періодом напіврозпаду (див. табл.1)., внаслідок чого утворюються зони з різним ступенем радіоактивного забруднення. На основі експертних висновків (результатів радіаційної розвідки рівнів забруднення місцевості) територія, що зазнає радіоактивного забруднення внаслідок аварії, поділяється на чотири зони:

I зона відчуження - це територія, що зазнає забруднення ґрунту ізотопами цезію Сз-137 на зовнішній межі - від П_зон=40 Кu /км² та вище, з якої проведено евакуацію населення;

II зона безумовно (обов'язкового) відселення - це територія, що зазнає забруднення ґрунту ізотопами цезію Сз-137 на зовнішній межі від П_зон =15 Кu / км² до 40 Кu /км² на внутрішній межі, де річна еквівалентна доза опромінення людини може перевищувати 0,5 бер ;
III зона гарантованого, добровільного відселення – це територія, де забруднення Сз-137 на зовнішній межі від П_зон =5 Кu / км² до П_зон =15 Кu / км² на внутрішній межі, і річна доза опромінення може перевищити 0,1 бер;
IV зона посиленого радіоекологічного контролю – це територія, де забруднення Сз-137 на зовнішній межі від П_зон =1 Кu / км² до П_зон = 5 Кu / км² на внутрішній межі, і річна доза опромінення не повинна перевищувати

0,1 бер.

Межі цих зон встановлюються та переглядаються Кабінетом Міністрів України на основі експертних висновків.

Рівень радіації на забрудненій місцевості з часом спадає відповідно до закону:

,

де Р₀ - потужність дози випромінювання (рівень радіації) у момент часу t₀ після аварії, [бер/год];

Р_t - рівень радіації у будь який момент часу і після аварії, [бер/год];

п - показник, що характеризує швидкість спаду рівня радіації .

Якщо вважати, що після аварії на АЕС Р_t ~ const, то людина, що знахо­диться в забрудненій зоні, отримає дозу опромінення, яка залежить від рівня забруднення місцевості і часу знаходження людини на цій місцевості:

[бер],

де Р – потужність дози випромінювання (рівень радіації) на місцевості, [бер/год];

t – термін перебування людини в забрудненій зоні [год];

К_посл - коефіцієнт послаблення радіації будинками, сховищами, тощо.

Прогнозування радіаційних обставин внаслідок аварії на АЕС після її стабілізації розглянемо на прикладі 2.

Приклад 2

Дано:Після аварії на АЕС цех по виробництву залізобетонних плит перебуває з зоні радіоактивного забруднення із щільністю зараження ізотопом цезію П_{зон ,}Кu / км². На об'єкті працюють N чоловік, з яких к, % перебувають на відкритих площадках, а інші в одноповерхових цехових приміщеннях. Робочий день триває 8 годин. Робітники мешкають у кам'яних одноповерхових будинках в селищі, розташованому на зовнішній границі зони посиленого радіоекологічного контролю. Час відпочинку - 14 годин. До місця роботи й назад робітники пере­возяться автобусами. Час руху 2 години на добу.

Визначити:

1. У якій зоні забруднення перебуває цех?

2. Яку дозу опромінення отримає кожний робітник протягом року (робочих днів - 252, календарних днів - 365)?

3. Виробити пропозиції начальнику цеху по організації робіт в даних умовах, якщо припустима річна доза опромінення не повинна перевищувати Д^рік_доп = 0,1 бер/рік.

Відправні дані для розрахунку:

1. Щільність зараження при русі в автобусі П_авт = П_зон.

2. Для розрахунків приймаємо: 1, Кu / км²= 0,009 мбер/год.

3. Коефіцієнт послаблення радіації визначається по табл. Б. 10.

Добова доза опромінення в берах розраховується по формулі:

,

де:

Р_і - потужність дози випромінювання в місці перебування людей [мбер/год];

t_і - час знаходження в даних умовах (цех, автобус, зона відпочинку);

Kⁱ _посл - коефіцієнт послаблення захисних споруд де працюють робітники.

Алгоритм рішення .

1.Визначаємо кількість вихідних днів 365днів – 252 днів =113 днів

2. Виконуємо розрахунок рівня радіації Рі в залежності від ступеня забруднення П _і :

- для місця відпочинку Р_відп ;

- для робочої зони Р_{роб.зони} ;

-для переміщення на автомобілі Р_авто .

3. Виконуємо розрахунок розподілу людей N_відкр та N_цех.

4. Визначаємо добову дозу опромінення, отриману робітниками на відкритих майданчиках за період роботи Д^доб_відкр

5. Визначаємо добову дозу опромінення, отриману робітниками в цеху під час роботи Д^доб_цех

6. Визначаємо добову дозу опромінення, отриману робітниками в автомобілі під час переїзду Д^доб_авт

7.Визначаємо добову дозу опромінення, отриману робітниками під час відпочинку в робочі дні Д^доб_{відп р. д}

8.Визначаємо добову дозу опромінення, отриману робітниками під час відпочинку в вихідні дні Д^доб_{відп. в. д.}

9.Визначаємо річну дозу опромінення, отриману робітниками, які працювали на відкритих площадках

Д^рік_відкр = (Д^доб_відкр+Д^доб_авт+Д^доб_{відп р. д.}) · 252 + Д^доб_{відп.. в .д.} · 113, бер/рік;

10.Визначаємо річну дозу опромінення, отриману робітниками, які працювали у цехових приміщеннях

Д^рік_цех = (Д^доб_цех+Д^доб_авт+Д^доб_{відп. р. д.}) · 252 + Д^доб_{відп.. в .д.} · 113, бер/рік;

11. Порівнюємо отримані дози (Д^рік_{цех ,} Д^рік_віде)з річною допустимою Д^рік_доп,бер/рік та зробити висновоки:

Наприклад:

а). Підсилити радіаційний контроль і облік доз опромінення.

б). Працювати у звичайному режимі.

в). Змінювати роботу на відкритих площадках з роботою в цеху.

г). Роботи на відкритих площадках не проводити, у цеху працювати у звичайному режимі без виходу із цеху.

д). Евакуювати всіх робітників із будівельного майданчика.

є). Проводити дезактивацію території та санітарну обробку робітників.

ж). Проведення йодової профілактики робітників та членів їх сімей.

Результати розрахунків щодо оцінки радіаційної обстановки необхідно занести до підсумкової таблиці (Додаток 5).