CC BY
18
УДК 504:6
УСЛОВИЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРИЕМЛЕМОГО РИСКА ЧРЕЗВЫЧАЙНОЙ СИТУАЦИИ РАДИАЦИОННОГО ХАРАКТЕРА ПРИ МИНИМАЛЬНОЙ СТОИМОСТИ ДОЗИМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ
Н.П. Валуев
доктор технических наук
доцент, профессор кафедры химии и
материаловедения
Академия гражданской защиты МЧС России Адрес: 141435, Московская обл., г.о. Химки, мкр. Новогорск
E-mail: npvaluevQmail.ru О.В. Лысова
помощник оперативного дежурного департамент гражданской обороны, чрезвычайных ситуаций и пожарной безопасности г. Москвы Адрес: 125009, г. Москва, Тверская улица, 8к2 E-mail: lysova_olgaQmail.ru
П.М. Юданов
преподаватель кафедры химии и материаловедения Академия гражданской защиты МЧС России Адрес: 141435, Московская обл., г.о. Химки, мкр. Новогорск
E-mail: renol28Qyandex.ru
Аннотация. Определены условия достижения приемлемого риска при минимальной стоимости радиационного контроля и границы применимости систем контроля с различными значениями стандартного отклонения. Показано, что риск возникновения чрезвычайной ситуации при попадании в металлургическое сырье открытого радионуклида 60 Со значительно ниже, чем для нуклида 137Св; для закрытых источников - наоборот, вероятность аварии для источника 137Св ниже, чем источника 60Со.
Ключевые слова: чрезвычайная ситуация радиационного характера, переработка металлургического сырья, радионуклиды, стоимость радиационного контроля.
Цитирование: Валуев Н.П., Лысова О.В., Юданов П.М. Условия обеспечения приемлемого риска чрезвычайной ситуации радиационного характера при минимальной стоимости дозиметрического контроля // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2018. № 4 (39). С. 59-65
Для предупреждения чрезвычайных ситуаций радиационного характера, связанных с попаданием радиоактивных веществ в сырье (металлолом), поступающее на металлургическое предприятие в большегрузном транспорте, применяются высокочувствительные системы радиационного контроля движущихся транспортных средств, выявляющие с определённой вероятностью радиоактивность в сырье [1, 2]. Вероятность обнаружения радиоактивных источников определяется стандартным отклонением, величина которого обратно пропорциональна площади чувствительной поверхности детектора в степени 2 [3].
В настоящее время в практике радиационного контроля применяют системы, стандартное отклонение которых изменяется от 0,5 до 5 нЗв/ч. Снижение порога срабатывания обеспечивается за счёт увеличения размеров детекторов. Стоимость систем опреде-
ляется в основном количеством и габаритами детекторов и изменяется от 900 тыс. руб. (стандартное отклонение 5 нЗв/ч) до 9 млн. руб. (стандартное отклонение 0,5 нЗв/ч). Для снижения величины стандартного отклонения в 2 раза необходимо увеличить объем детекторов приблизительно в 4 раза [3]. В связи с этим определение требуемых характеристик систем, обеспечивающих заданную (приемлемую) величину рисков радиационных аварий, является важной задачей, решение которой позволит минимизировать затраты на осуществление мониторинга при сохранении высокой надёжности выявления радиоактивных источников и предотвращения чрезвычайных ситуаций. Решение этой задачи в литературе не описано.
Риск чрезвычайной ситуации радиацион-
ного характера определяется, как:
К = КгК2 (1)
К\ = ШМ - риск появления в сырье источника, активность которого достаточна для загрязнения продуктов переработки сырья выше допустимых уровней; Ш - вероятность появления такого источника в сырье; М - масса поступающего на предприятие сырья в год.
К2 = ^2(1-№о) = ЯдопМ - риск не выявления источника в поступающем сырье; ^2 _ вероятность нахождения источника в середине транспорта (в зоне с максимальном ослаблением излучения источника); Шо - вероятность обнаружения источника в транспорте с сырьём; Едоо - допустимый риск радиационной аварии в год.
Существуют 3 вида радиоактивных источников в металлоломе: поверхностно и объёмно загрязнённый лом, поступающий с демонтируемых ядерно-энергетических установок и отходов судостроительной и нефтегазовой промышленности; открытые радионуклидные источники различных приборов и устройств; закрытые радионуклидные источники, т.е. источники, находящиеся в защитных (свинцовых) контейнерах (в блоках источников радиоизотопных приборов). Величина приращения мощности дозы излучения АР открытых источников (первого и второго видов), которые необходимо выявить для предупреждения радиационной аварии, определяется следующим соотношением:
Ар = к^дтЯоВ , 3712ехр(^р11)'
где ц - максимально допустимая удельная активность выплавляемого из сырья, содержащего радиоактивные вещества, металла (Бк/кг); т - масса выплавляемого в агрегате металла (кг); к7 - полная гамма-постоянная радионуклида, Р ■ см2/(г ■ мКи), представляет собой мощность дозы р/ч от источника активностью 1 мКи на расстоянии 1 см; Ко -стандартное расстояние, на котором измеряется мощность дозы не ослабленного излучения источника (м); В - фактор накопления, обусловленный рассеянным в металлоломе излучением источника (В>1); I - половина расстояния между детекторами (м); 1\ - половина ши-
рины транспортного средства, (м); - массовый коэффициент ослабления энергии излучения металлоломом; р - средняя плотность лома в транспортном средстве.
Величину приращения мощности дозы для закрытых источников можно определить следующим образом:
Ар = РДО11ехр(—0,69Т/т)К2В, I2 ехр(р1р\1) '
где Рдоп - допустимая мощность дозы на расстоянии Ко (1 м) от блока источника; Т -время, прошедшее после поставки радиоизотопного прибора эксплуатирующей организации и появлением блока источника в металлоломе; т - период полураспада радионуклидно-го источника; остальные обозначения соответствуют соотношению (2).
Величина Рдоп определяется правилами СанПиН 2.6.1.3287-15 [5] и составляет 20 мкЗв/ч на расстоянии 1 м от поверхности блока источника. Активность источника в процессе эксплуатации, составляющем 810 лет, уменьшается в соответствии с периодом его полураспада т. До момента появления блока источника в металлоломе проходит ещё некоторое время (до 5 лет). Поэтому максимальное значение величины Т составляет около 15 лет, в течение которых активность источника и, как следствие, мощность его излучения снижается по закону радиоактивного распада. Поэтому мощность дозы излучения закрытых источников, попадающих в металлолом, зависит от периода полураспада радионуклида. Наиболее часто в радиоизотопных приборах используются радионуклиды 137Св с периодом полураспада 30,2 лет и 60Со с периодом полураспада 5,27 года. В связи с этим мощность дозы излучения блока источника 60Со, находящегося в партии металлолома, существенно меньше мощности дозы излучения 137
Вероятность появления источника в партии металлолома активностью более 0,2 мКи, что может привести к чрезвычайной ситуации при переработке металлолома, составляет по консервативной оценке величину около 10-5 на тонну лома. Величина 0,2 мКи получена расчётным путём по формуле (2) и соот-
ветствует превышению допустимой удельной активности металла. Поэтому риск К\ зависит от объёма перерабатываемого в год сырья. При М = 106 т величина К\ , определяющая количество аварийных ситуаций в год, близка к 10, при М = 105 т К\ = 1, при М = 104 т К\ = 0,1. Указанные значения риска соответствуют случаю, когда на предприятии отсутствует радиационный контроль. Таким образом, риск аварии зависит от объёмов перерабатываемого сырья и для более крупных предприятий риск выше, чем для малых и средних предприятий.
При осуществлении радиационного контроля поступающего на объект защиты (предприятие) сырья, общий риск радиационной аварии, определяемый соотношением (1), снижается за счёт составляющей К2, связанной с вероятностью обнаружения источника при контроле транспорта с металлоломом. Для обеспечения обнаружения источника с заданной вероятностью величина стандартного отклонения должна удовлетворять следующему условию
па + пк < АР (4)
где па - порог срабатывания системы контроля; пк - величина превышения сигналом порога срабатывания, определяющая в соответствии с [4] вероятность обнаружения (Шо) источника. При к = 0 Шо = 0,5; при к = 1 Wо = 0,84; при к = 2 Шо = 0,977; при к = 3 Wо = 0,9987; при к = 4 Wо = 0,9998.
В соответствии с полученными соотношениями проведены расчёты рисков радиационных аварий, приращений сигналов детекторов, требуемой величины стандартного отклонения, обеспечивающей определённое (приемлемое) значение риска возникновения радиационной аварии при разных значениях количества поступающего в год на предприятие металлургического сырья, массы одной плавки, определяемой объёмом плавильного агрегата. Рассмотрены случаи попадания в поступающий лом открытых и закрытых источников 137Св и еоСо, наиболее часто попадающих в металлургическое сырье.
Данные по открытым источникам сведены в таблицы 1 и 2.
Таблица 1 - Приращение мощности дозы АР (нЗв/ч) регистрируемого детектором излучения открытого источника боСо, требуемого значения стандартного отклонения а (нЗв/ч) в зависимости от массы одной плавки т (тонн) и массы перерабатываемого в год на предприятии металлического лома М (тонн) при риске ЧС не более 10-2 в год
Масса плавки т, т Масса перерабатываемого лома М, т
106 105 104
АР а АР а АР а
10 4 0,6 4 0,67 4 0,82
20 8 1,27 8 1,35 8 1,6
50 20 3,02 20 3,3 20 4,1
Таблица 2 - Величины АР (нЗв/ч), о (нЗв/ч) для открытого источника 137Св
Масса плавки т, т Масса перерабатываемого лома М, т
106 105 104
АР а АР а АР а
10 1,1 0,16 1,1 0,18 1,1 0,21
20 2,2 0,32 2,2 0,37 2,2 0,43
50 5,5 0,8 5,5 0,9 5,5 1,1
Результаты получены для следующих значений переменных в соотношении (2): 1=3 м; ¿1=1,2 м; р=0,8 г/см3. Для нуклида 60Со ^=300 Бк/кг (предельно допустимое значение для металлических материалов). В=5, рмэр=4,1 м-1 . Для нуклида 137Св д=10 Бк/г (значение, соответствующее радиоактивным отходам). В=8, рмэр=5,6 м-1. Учитывалось, что этот нуклид попадаёт в шлак и газопылевые выбросы, количество которых составляет приблизительно 10% от массы всей плавки.
Анализ полученных данных показывает, что требуемое значение стандартного отклонения, обеспечивающего приемлемый риск ава-
6о
137
зи с этим вероятность обнаружения откры-6о
роятности обнаружения открытых источни-137
рического контроля по величине стандартного отклонения существенно снижаются с увеличением массы одной плавки (приблизительно пропорционально) и в меньшей степени - с уменьшением объёмов перерабатываемого на предприятии металлолома. В случае, если на предприятии используется плавильный агрегат с производительностью 50 тонн за одну плавку, то требуемое значение стандартного отклонения системы контроля в 4 - 5 раз больше, чем при использовании агрегата, выплавляющего 10 тонн за одну плавку. Поэтому на предприятии с большими объёмами плавильных агрегатов можно применять системы контроля стоимостью до 10 раз ниже, чем на предприятии с малым объёмом печей.
Таким образом, разработанный научно-методический аппарат позволит создать рекомендации и обоснование приобретения систем динамического радиационного контроля со значительным снижениеем расходов на них. Требования к системам контроля можно снизить также за счёт уменьшения расстояния от детекторов до контролируемого транспорта 1 и расстояния между источником и наружной поверхностью транспортного средства ¿1 (2, 3). Так уменьшение 1сЗмдо2ми/1с1,2до1м позволит увеличить приращение мощности дозы регистрируемого излучения источника в 4 - 6 раз и соответственно требуемое значение
стандартного отклонения.
Расчёты по (3) для закрытых источников дают следующие результаты. Источник 60Со: т=5,27 лет, Т=15 лет, АР=3,7 нЗв/ч, а=0,52 нЗв/ч для М=106 тонн в год, а=0,52 нЗв/ч для М=105 тонн в год, а=0,52 нЗв/ч для М=104 тонн в год. Источник 137Св: т=30,2 года, Т=15 лет, АР=12 нЗв/ч, а= 1,8 нЗв/ч для М=106 тонн в год, а=2,1 нЗв/ч для М=105 тонн в год, а=2,7 нЗв/ч для М=104 тонн в год. Видно, что
в противоположность открытым источникам 137
6о
6о
радиационной аварии при попадании закрытого источника в плавку не зависит от объёма плавильного агрегата, т.к. активность нуклида в блоках источников различных радиоизотопных устройств в подавляющем числе случаев значительно превышает 1 мКи, что приводит к радиоактивному загрязнению продуктов плавки выше установленных норм для любых закрытых источников.
На рисунке 1 представлены зависимости количества радиационных аварий и за 1 год от стандартного отклонения а показаний системы контроля и стоимости систем для разных значений массы продуктов одной плавки
при объёме поступающего в год на предпри-106
6о
имость систем контроля определяется в основном габаритами детекторов, зависящими от стандартного отклонения сигнала а так, что с уменьшением а объем детектора увеличивается в квадратичной зависимости [3].
Из рисунка видно, что величина риска существенно зависит от стандартного отклонения в сравнительно небольшом начальном диапазоне изменения а. Так при т=10 тонн увеличение а от 0,4 до 0,7 нЗв/ч приводит к росту риска на 3 порядка. При а больше 1 нЗв/ч риск достигает максимального значения и практически не зависит от величины стандартного отклонения. Это свидетельствует о том, что для данного случая системы контроля со стандартным отклонением показаний более 1 нЗв/ч абсолютно не эффективны и их применение не целесообразно. Таким образом,
проведенный анализ дает возможность определить границы применимости систем контроля с различными значениями стандартного отклонения. Кроме того, этот аппарат позволяет установить минимальные финансовые затраты на приобретение систем контроля в зависимости от характеристик защищаемого объекта (предприятия но переработке сырья). Напри-
мер, при условии одного и тогоже риска радиационной аварии, для предприятия с объемом плавильного агрегата 50 тонн затраты на систему контроля могут быть снижены с 4,5 млн. руб. до 900 тыс. руб., тогда как для предприятия с объемом агрегата 20 тонн эта сумма останется на уровне 4,5 млн. руб.
Рисунок 1 Зависимость количества радиационных аварий на предприятии за один год от величины стандартного отклонения а показаний системы контроля и стоимости систем для разных значений массы продуктов одной плавки.
Выводы
1. Полученные соотношения для определения рисков чрезвычайных ситуаций радиационного характера при переработке металлургического сырья в зависимости от параметров радиационного контроля, характеристик радиоактивного загрязнения, объемов поступающих) на предприятие сырья и плавильных агрегатов позволят снизить затраты на системы динамического дозиметрического контроля при условии обеспечения приемлемого рис-
ка.
2. Определены условия достижения приемлемого риска чрезвычайной ситуации при минимальной стоимости радиационного контроля и границы применимости систем контроля с различными значениями стандартного отклонения.
3. Требования к системам контроля существенно повышаются с уменьшением объема плавильного агрегата и в меньшей степени с увеличением объема перерабатываемого
на предприятии сырья. Вероятность чрезвычайной ситуации для открытого радионукли-6о
137
вероятность чрезвычайной ситуации при по-
137
6о
Литература
1. Валуев Н.П., Лысова О.В, Никоненков Н.В., Пушкин И.А. Радиационный контроль движущихся транспортных средств с помощью высокочувствительных дозиметрических систем / / Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2011, №4(11). С. 36-40.
2. Валуев Н.П., Никоненков Н.В., Сергеев ILIO.. Стасишин Л.А. Радиационный контроль транспортных средств с помощью переносных приборов и стационарных систем. Грузовик: транспортный комплекс, спецтехника. - 2015, №8, С. 35-39.
3. Валуев Н.П., Лысова О.В., Дегтярев C.B., Юданов I I.M. Выбор параметров детекторов высокочувствительных дозиметрических систем / / Научные и образовательные проблемы гражданской защиты, 2017. № 4 (35). С. 121-126.
4. Валуев Н.П., Лысова О.В., Сергеев ILIO. Оценка рисков радиационных инцидентов при динамическом контроле движущихся объектов. // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2015. №3(26). С. 47-50.
5. СанПин 2.6.1.3287-15 «Санитарно-эпидемиологические требования к обращению с радиоизотопными приборами и их устройству».
CONDITIONS OF PROVIDING ACCEPTABLE RISK OF RADIATION EMERGENCY AT MINIMAL COST OF DOSIMETRIC CONTROL
Nikolay VALUEV
Doctor of Technical Sciences
Associate Professor, Professor of the Department of
Chemistry and Materials Science
Academy of Civil Protection EMERCOM of Russia
Address: 141435, Moscow Region, Khimki, md.
Novogorsk
E-mail: npvaluevQmail.ru
Olga LYSOVA
assistant duty officer
Department of Civil Defense, Emergencies and PB of Moscow
Address: 125009, Moscow, Tverskaya street, 8k2 E-mail: lysova_olgaQmail.ru
Petr YUDANOV
Lecturer, Department of Chemistry and Materials Science
Academy of Civil Protection EMERCOM of Russia Address: 141435, Moscow Region, Khimki, md. Novogorsk
E-mail: renol28Qyandex.ru
Abstract. In this paper the conditions for achieving an acceptable risk of an accident with the minimum cost of radiation control and the limits of applicability of control systems with different values of standard deviation are determined. It is shown that the probability of an accident when a 60Co bare radioactive source hits the metallurgical raw material is much lower than for a 137Cs
nuclide; for sealed sources - on the contrary, the probability of an accident for a 137Cs source is
60
Keywords: radiation emergency, scrap metal remelting, radionuclides, radiation control costs. Citation: Valuev N.P., Lysova O.V., Yudanov P.M. Conditions of providing acceptable risk of radiation emergency at minimal cost of dosimetric control // Scientific and educational problems of civil protection. 2018. No. 4 (39). pp. 59-65
References
1. Valuyev N.P., Lysova O.V, Nikonenkov N.V., Pushkin I.A. Radiatsionnyy kontrol' dvizhushchikhsya transportnykh sredstv s pomoshch'yu vysokochuvstvitel'nykh dozimetricheskikh sistem «Nauchnyye i obrazovatel'nyye problemy grazhdanskoy zashchity», Nauchnyy zhurnal. 2011, №4, S. 36-40.
2. Valuyev N.P., Nikonenkov N.V., Sergeyev I.YIJ., Stasishin L.A. Radiatsionnyy kontrol' transportnykh sredstv s pomoshch'yu perenosnykh priborov i statsionarnykh sistem. Gruzovik: transportnyy kompleks, spetstekhnika. - 2015, №8,S. 35-39.
3. Valuyev N.P., Lysova O.V., Degtyarev S.V., Yudanov P.M. Vybor parametrov detektorov vysokochuvstvitel'nykh dozimetricheskikh sistem / / «Nauchnyye i obrazovatel'nyye problemy grazhdanskoy zashchity», 2017. № 4 (35). S. 121-126.
4. Valuyev N.P., Lysova O.V., Sergeyev I.YU. Otsenka riskov radiatsionnykh intsidentov pri dinamicheskom kontrole dvizhushchikhsya ob"yektov. // Nauchnyye i obrazovatel'nyye problemy grazhdanskoy zashchity. - 2015. - №3. - Khimki: Akademiya grazhdanskoy zashchity MCHS Rossii. - S.47-50.
5. SanPin 2.6.1.3287-15 «Sanitarno-epidemiologicheskiye trebovaniya к obrashcheniyu s radioizotopnymi priborami i ikh ustroystvu».
