CC BY
35
УДК 504:6
АНАЛИЗ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ, ВЫЗВАННЫХ ПЕРЕРАБОТКОЙ МЕТАЛЛОЛОМА, СОДЕРЖАЩЕГО РАДИОАКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА
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 C.B. Дегтярёв
профессор кафедры общей химии Академия ГПС МЧС России
Адрес: 129366, г. Москва, ул. Бориса Галушкина, д.4 E-mail: dsdxQbk.ru
О.В. Лысова
помощник оперативного дежурного департамент ГО, ЧС и ПВ 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. В данной статье рассматриваются вопросы влияния радиоактивных веществ, находящихся в металлоломе, на возникновение чрезвычайных ситуаций радиационного характера. Также проанализированы основные факторы, оказывающие влияние на протекание и последствия таких чрезвычайных ситуаций. Показано, что характер радиационной аварии связан с физико-химическими характеристиками радионуклидов, попавших в плавку металла, и объёмом плавильного агрегата. Определена минимальная мощность радиоактивного источника, плавление которого приводит к возникновению чрезвычайной ситуации радиационного характера.
Ключевые слова: радиационная авария, чрезвычайная ситуация, переработка металлолома, радионуклиды, радиационный контроль.
Цитирование: Валуев Н.П., Дегтярев C.B., Лысова О.В., Юданов П.М. Анализ чрезвычайных ситуаций, вызванных переработкой металлолома, содержащего радиоактивные вещества // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2018. № 4 (39). С. 46-50
В настоящее время всё большую остроту приобретает проблема обеспечения радиоэкологической безопасности окружающей среды, территории крупных городов, проживающего в них населения [1]. В странах с развитыми ядерной энергетикой, оборонным комплексом, судостроением, нефтегазовым комплексом накоплены огромные объёмы (многие миллионы тонн) радиоактивных отходов, часть из которых попадают в оборот вторичного сырья, в частности металлолома. В ближайшее десятилетие ожидается массовый вывод из эксплуатации энергоблоков АЭС в связи с исчерпанием проектного ресурса. При демонтаже одного блока с водо-водяным реактором мощностью 1 ГВт высвобождается около 10 тыс. тонн металлического лома различной радиоактивности [2].
Попадание радиоактивных веществ в процессы переработки сырья приводят к достаточно крупным радиационным авариям, нано-
сящим экологический, экономический ущерб и вред здоровью работникам предприятий и населению. В данной работе весь спектр вопросов, начиная от путей попадания радиоактивности в металлолом до поведения различных радионуклидов в плавке и оценке мощности радиоактивных источников в металлоломе, которые приводят к возникновению чрезвычайной ситуации радиационного характера, рассмотрен в комплексе. Комплексный подход в определённой степени повысит надёжность прогноза возникновения, протекания и последствий радиационных аварий [3].
Радиоактивность и пути её попадания в металлолом
Радиоактивное загрязнение означает присутствие радиоактивных веществ в материалах и на их поверхности в тех случаях, когда они могут нанести вред. В металлоломе встречаются следующие виды загрязнений: объёмное, поверхностное, локальные источни-
Валуев Н.П., Дегтярев С.В., Лыеова О.В., Юданов П.М.
ки. Объемное загрязнение является результатом активации металлоконструкций потоком нейтронов в ядерно-энергетических установках или растворением радионуклидов в расплавленном металле при попадании источников в процессы выплавки стали. Поверхностное загрязнение является наиболее распространенной формой загрязнения лома. Причиной его является осаждение радионуклидов на поверхности металлоконструкций, например, трубопроводов в атомной промышленности, нефтегазовой отрасли, оборудовании добывающих и перерабатывающих минеральные сырье предприятий и др. Кроме того, существует оборудование, на поверхность которого преднамеренно наносятся радиоактивные вещества, например, светящиеся шкалы. Локальные источники используются в промышленности и медицине в различных радиоизотопных устройствах. Их активность может быть очень высокой (более 1000 кюри) и присутствие их в металлоломе может представлять большую опасность [4|.
Обнаружение и контроль радиоактивности в металлоломе
До переплавки металлолом неоднократно подвергается погрузке и транспортировке, в связи с чем существует целый ряд возможностей для его радиационного контроля. Обычными пунктами контроля являются въезды, выезды из ломоперерабатывающих и металлургических предприятий, а также возможен контроль непосредственно при погрузке-разгрузке. В этом случае контролю подвергается весь поступающий лом. Существует также определенный контроль перевозимых грузов на границах между государствами.
Взаимодействие радионуклидов с продуктами плавки
Радионуклидами, загрязняющими поверхность металлоотходов, являются в основном активированные продукты коррозии (54Мп, 55Ре, 660 С о), а также продукты деления (239Ри, 241Ат, 137Св, 905У) в случае утечки нуклидов из поврежденных топливных элементов (далее ТВЭЛ). Объем металла подвергается загрязнению за счет нейтронной активации, при этом образуются преимущественно нуклиды 54Мп, 60Со, 63Мг, 94МЬ. На рисунке 1 представлена статистика обнаружения различных
радионуклидов в металлоломе, которая свидетельствует о наличие и других нуклидов в ломе [2].
2% 5%
Рисунок 1 Основные радионуклиды, обнаруживаемые в металлоломе
Распределение нуклидов по продуктам плавки зависит от целого ряда факторов: типа и конструкции плавильного агрегата; химико-физических свойств радионуклидов; металлургического состава лома и шлакообразую-щих; масштаба и условий процесса плавления. Особенно важное влияние на распределение нуклидов имеют температура перехода в газообразное состояние металлов и оксидов, давление пара, а также устойчивость оксидов к восстановлению.
В процессе плавления большинство летучих нуклидов, таких, как 65Zn выделяется из расплава с газообразной фазой и при охлаждении оседает на уловителе летучих продуктов плавки, входящем в конструкцию плавильного агрегата. На поведение 137 С в влияет химический состав шлака: кислый шлак в большей степени, чем основный, способен удерживать цезий. Элементы группы железа, щелочноземельные и некоторые другие остаются в расплаве. Оксиды радионуклидов, устойчивые к восстановлению, переходят в шлак. Актиниды практически полностью связываются шлаком. Уран и плутоний присутствуют предпочтительно в форме оксидов и выделяются в оксидосодержащий шлак. Европий, как и другие лантаниды, сильно абсорбируются шлаком. При этом необходимо учитывать перераспределение радионуклидов по продуктам плавки, а также тот факт, что шлак и пыль составляют в среднем 10 и 1% еоответетвен-
■Сб-137
□Со-60
■т
□1г-192
■Ат-241
□и
■АРМ
_2018'4(39)
но массы шихты. Общий характер расиреде- представлен в таблице 1 и на рисунке 1 [2]. ления радионуклидов по продуктам плавки
Таблица 1 - Распределение различных радионуклидов по продуктам плавки
Радионуклид Доля удельной активности, %
в расплаве в шлаке в осадке на фильтре
235,238^ следы 98 следы
239ри _ 98 _
3Н _ _ _
63 N1 90 10 _
90Бг 3 95 2
60Со 95 5 следы
134,137Сз следы 50 50
110тАё 95 5 следы
154Еи 5 95 _
144Се 50 50 _
5 в* 95 5 _
65 Ъп следы 10 90
55¥ч 100 следы _
Анализ представленных данных свидетельствует о том, что характер протекания и последствия радиационных аварий при переплавке лома зависят в первую очередь от физико-химических характеристик радионуклидов и протекают по двум основным сценариям. Первый сценарий можно наблюдать на примере цезия-137, который чаще всего попадает в переплавляемый металлолом, но он практически не загрязняет саму выплавляемую металлопродукцию. Гораздо опаснее тот факт, что половина этого радионуклида попадает в газопылевую фракцию, скапливается в пылеулавливающих и газораспределительных системах и частично выбрасывается в атмосферу, осаждаясь на прилегающих территориях. Последствием этого является необходимость демонтажа огнеупорной кладки плавильного агрегата, дезактивации или демонтажа пылеулавливателей и системы газораспределения, деактивации объектов предприятия и прилегающих территорий. Возможно образование значительных объёмов радиоактивных металлоконструкций. Пример такой аварии произошёл в Испании на заводе А^еагав 30 мая 1998 года [6].
При переплавке лома, содержащего второй по распространённости в ломе нуклид
кобальт-60, протекание и последствия радиационных аварий проходят по второму сценарию. Основную опасность представляет выплавляемый металл, поставляемый различным потребителям, в том числе и населению. Загрязнённая металлопродукция может вызвать облучение неограниченного количества людей в различных регионах страны. Особо опасны арматура, фасонный прокат, трубы, автолист. Последствия для предприятия и окружающей среды не существенны. Тяжесть последствий существенно снижается, если при проведении экспресс-контроля проб плавок металла выявлена радиоактивность проб. В этом случае плавка прекращается, металл и шлак сливаются в специальные ёмкости и направляются на захоронение. Облучение неограниченного количества людей не допускается.
Поведение других, встречающихся реже, радионуклидов, приблизительно соответствует одному из вышеописанных сценариев (загрязнение шлака и пыли или готовой металлопродукции). Поэтому характер чрезвычайных ситуаций и их последствия аналогичны описанным выше.
Определение минимальной мощности радиоактивного источника, переплавка
Валуев H.П., Дегтярев C.B., Лысова О.В., Юданов П.М.
которого с металлоломом приводит к возникновению чрезвычайной ситуации
Чрезвычайная ситуация возникает в случае, если радиоактивность выплавляемого металла и продуктов плавки превышает допустимые пределы, при этом радиоактивная металлопродукция поступает различным потребителям, в том числе в строительство, медицину, транспорт, производство бытовой техники.
Из всех радионуклидов, растворяющихся в металле, следует выделить 60Со, 44Т1 ,56Мп, 1921г. Остальные радионуклиды, такие как 137Сз, 226Ка, 238и, 90Бг и др., перераспределяются между шлаком и пыле-газообразными продуктами, выбрасываемыми в атмосферу.
В соответствии с [4] устанавливаются следующие допустимые уровни радиоактивно-
60 44
0,3 кБк/кг, для остальных - 1 кБк/кг.
Максимально допустимая активность источника, попадающего в плавку, при которой радиоактивность металла не превышает допустимые уровни, составляет:
Q =
Q 37 ,
(1)
где Q - активность источника (мКи);
тивность металла (Бк/кг);
т - масса выплавляемого в агрегате металла (кг).
60
т = 10 тонн активность источника составляет 0,08 мКи; при т = 100 тонн - 0,8 мКи. Источники такой и большей активности достаточно широко используются в различных радиоизотопных устройствах. Из (1) также следует, что допустимая активность увеличивается с ростом объёма плавильного агрегата.
Pf
о =
k~(q m
~3Г,
(2)
где мощность дозы излучения источника (мкЗв/ч) на расстоянии 1 м равна к7 - полная гамма-постоянная радионуклида, Р ■ см2/(г ■ мКи), представляет собой мощность дозы р/ч от источника активностью 1 мКи на расстоянии 1 см.
0 60
стью 1 мКи составляет 11 мкЗв/ч. 137
пая активность продуктов плавки составляет д = ЮБк/г (значение, соответствующее радиоактивным отходам). В связи с тем, что основная часть этого нуклида перераспределяется между шлаком и пылью допустимая ак-137 т
0,8 мКи для шлака и 0,08 мКи - для пыли. т
10 раз.
137
60
собой опасность с точки зрения возникновения чрезвычайной ситуации радиационного характера при переработке металлолома. Выводы
Переработка металлолома является потенциально опасной технологией, которая может привести к возникновению чрезвычайных ситуаций радиационного характера. Характер протекания и последствия радиационных аварий зависят в первую очередь от физико-химических свойств радионуклидов, содержащихся в металлоломе. Наиболее опасные последствия аварий возникают при переработ-
137
плавка источников, растворяющихся в метал-60
тивной металлопродукции, вызывающей облучение неопределённого количества населения. Опасными в ломе являются источники активностью около 1 мКи и выше.
Литература
Валуев Н.П., Пушкин И. А., Лысова О.В. Аппаратура для высокопроизводительного контроля радиационной обстановки // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2010. №2(5). С. 21-24
Суханов В.Е. Переработка промышленных радиоактивных отходов 2008, №3, с.51-54
«Вестник МГТУ «Станкин»,
3. Валуев П.П., Лысова О.В, Никоненков П.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
2018'4(39)
4. Валуев H.П., Никоненков Н.В., Сергеев II.Ю., Стасишин Л.А. Радиационный контроль транспортных средств с помощью переносных приборов и стационарных систем. Грузовик: транспортный комплекс, спецтехника. - 2015, №8,С. 35-39.
5. СП 2.6.1.2612-10 «Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ 99/2010).
6. IAEA Annual Report, 2000 Fire safety in the operation of nuclear power plants: safety guide. — Vienna : International Atomic Energy Agency, 2000.
ANALYSIS OF EMERGENCY SITUATIONS CAUSED BY RECYCLING OF CONTAINING RADIOACTIVE SUBSTANCES METAL SCRAP
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 Sergey DEGTYAREV
Professor of the Department of General Chemistry Academy of State fire service of EMERCOM of Russia Address: 129366, Moscow, st. Boris Galushkina, d.4 E-mail: dsdxQbk.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. This paper is devoted to analysis of main factors influencing the occurence, behaviour and consequences of emergency situations during recycling of containing radioactive substances metal scrap. It was demonstrated that radiation accident mode is linked to the presented in recycling facility radionuclides' physical and chemical characteristics and volume of smelting vessel. Minimal radiation intensity of radiation source, melting of which will lead to radiation emergency was also calculated.
Keywords: radiation accident, emergency situation, metal scrap recycling, radionuclides, radiation survey.
Citation: Valuev N.P., Degtyarev S.V., Lysova O.V., Yudanov P.M. Analysis of emergency situations caused by recycling of containing radioactive substances metal scrap / / Scientific and educational problems of civil protection. 2018. No. 4 (39). pp. 46-50
References
1. Valuyev N.P., Pushkin I.A., Lysova O.V. Apparatura dlya vysokoproizvoditel'nogo kontrolya radiatsionnoy obstanovki // «Nauchnyye i obrazovatel'nyye problemy grazhdanskoy zashchity», 2010, №2, S. 21 - 24
2. Sukhanov V.Ye. Pererabotka promyshlennykh radioaktivnykh otkhodov // «Vestnik MGTU «Stankin», 2008, m, s.51-54
3. Valuyev N.P., Lysova O.V, Nikonenkov N.V., Pushkin I.A. Radiatsionnyy kontroP dvizhushchikhsya transportnykh sredstv s pomoshch'yu vysokochuvstvitel'nykh dozimetricheskikh sistem // «Nauchnyye i obrazovatel'nyye problemy grazhdanskoy zashchity». Nauchnyy zhurnal. 2011, №4 (11). S. 36-40
4. Valuyev N.P., Nikonenkov N.V., Sergeyev I.YIJ., Stasishin L.A. Radiatsionnyy kontroP transportnykh sredstv s pomoshch'yu perenosnykh priborov i statsionarnykh sistem. Gruzovik: transportnyy kompleks, spetstekhnika. - 2015, №8,S. 35-39.
5. SP 2.6.1.2612-10 «Osnovnyye sanitarnyye pravila obespecheniya radiatsionnoy bezopasnosti (OSPORB 99/2010).
6. IAEA Annual Report, 2000 Fire safety in the operation of nuclear power plants: safety guide. — Vienna : International Atomic Energy Agency, 2000.
