CC BY
2УДК 621.039.586
Р.А. Ляндзберг
Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003 e-mail: ecologycenter@kamchatgtu. ru
САМЫЕ ОПАСНЫЕ ЯДЕРНЫЕ АВАРИИ XX ВЕКА Часть вторая
В статье рассмотрены два случая из четырех самых опасных ядерных аварий XX века - Уиндскейл (Великобритания), 1957 г., и АЭС «Три-Майл-Айленд» США, 1979 г. В результате выбросов большого количества радионуклидов была загрязнена до опасных уровней значительная территория, прилегающая к ядерным объектам, ряд работников АЭС подвергся облучению, приведшему к острому течению лучевой болезни.
Ключевые слова: радионуклиды, жидкие радиоактивные отходы, радиоактивные благородные газы, активная зона реактора, тепловыделяющие элементы, уровни радиоактивного загрязнения, опасность облучения персонала ионизирующими излучениями.
R.A. Lyandzberg
Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683003 e-mail: ecologycenter@kamchatgtu.ru
THE MOST DANGEROUS NUCLEAR ACCIDENTS OF THE 20th CENTURY
Part two
The article considers two cases of the four most dangerous nuclear accidents of the 20th century - Windscale (Great Britain), 1957, and Three Mile Island Nuclear Generating Station in the USA, 1979. As a result of the release of large amounts of radionuclides, a significant area adjacent to nuclear facilities was contaminated to dangerous levels, and a number of the Station workers were exposed to radiation, which led to an acute course of radiation sickness.
Key words: radionuclides, liquid radioactive waste, radioactive noble gases, reactor core, fuel elements, levels of radioactive contamination, danger of personnel exposure to ionizing radiation.
Ранее в статье [1] в хронологическом порядке были рассмотрены последствия взрыва хранилища твердых радиоактивных отходов на комбинате «Маяк», г. Озёрск на Южном Урале вблизи г. Кыштым 29 сентября 1957 г.
Следующая по счету авария случилась вскоре после этого 10 октября 1957 г. на одном из двух реакторов АЭС Уиндскейл в атомном комплексе «Селлафилд» на северо-западе Англии. Суммарный выброс радионуклидов в результате аварии (около 105 Ки) и площадь загрязнения территории (500 км2) были примерно в 20-30 раз меньше, чем при аварии в г. Озёрске, поэтому по принятой в дальнейшем международной классификации INES эта авария была отнесена к 5-му уровню (значительная радиационная авария).
Следует, однако, указать, что до сих пор авария в Уиндскейле является крупнейшей в истории ядерной энергетики Англии.
Графитовый реактор типа AGR с воздушным охлаждением был предназначен для выработки оружейного плутония и радиоактивного изотопа водорода трития. Особенностью процесса является то, что нейтроны, запускающие ядерную реакцию образования плутония в урановом топливе, бомбардируют графитовую оболочку и вносят изменения в кристаллическую структуру графита, что приводит к аккумулированию энергии в графите и опасности возгорания уранового топлива.
Природные ресурсы, их современное состояние, охрана, промысловое и техническое использование
Для восстановления нормальной структуры графита проводится отжиг при температуре 250°С, при этом воздушное охлаждение реактора отключается. Из-за конструктивных особенностей реактора контрольные приборы не охватывали весь объем активной зоны, вследствие чего в отдельных точках произошел перегрев реактора, температура части ТВЭЛов возросла до 1 400°С, металлическое урановое топливо загорелось, и резко возрос выброс продуктов деления урана в окружающую среду через газоотводящую трубу. Приборы зафиксировали рост уровня радиоактивности более чем в 10 раз на расстоянии около 1 км от реактора.
Аварийной выгрузки ТВЭЛов из активной зоны мешало то, что под действием высокой температуры топливные сборки раздулись и заклинились в каналах. Необходимо было в аварийном порядке остановить процесс горения ядерного топлива, который к вечеру 10 октября охватил уже 150 каналов с общей массой урана 8 тонн.
Попытки потушить пожар с помощью углекислого газа не дали результата, и тогда было принято единственное, но крайне рискованное решение - залить реактор водой, что могло привести к взрыву из-за парообразования и разложения воды с образованием гремучего газа (смесь водорода с кислородом в соотношении 2 : 1).
Весь обслуживающий персонал станции был удален, остались только главный инженер и начальник пожарной охраны, после чего реактор был залит водой, проливка продолжалась в течение полутора суток, и 12 октября реактор был приведен в холодное состояние.
Последствия аварии заключались в том, что в окружающую среду было выброшено около
5 131 137 133
10 Ки радионуклидов, главным образом I , Cs и Хе , основная доля радиоактивности приходилась на короткоживущие изотопы йода и ксенона (Cs137 было примерно в 25 раз меньше).
Поскольку главную опасность для здоровья людей представлял I131, поступающий в организм в виде аэрозоля, а также с молоком, все молочные продукты в районе АЭС были уничтожены, и продажа молока была приостановлена на шесть недель с ферм на расстоянии до 30 км от АЭС.
Обслуживающий персонал в результате аварии не получил доз, превышающих годовую норму облучения более, чем в 10 раз.
Следует отметить, что избежать куда более серьезной опасности удалось из-за установки фильтров на газовой трубе, хотя по проекту это не было предусмотрено, и только благодаря настоянию известного физика Дж. Кокрофта это удалось сделать [2].
Реактор был заглушен, в нем осталось около 7 тыс. деформированных ТВЭЛов, извлечь которые предполагается не ранее 2037 г. с помощью роботов.
Следующая крупная авария, относящаяся к 5-му уровню по шкале INES, произошла спустя 22 года, 28 марта 1979 г. на АЭС «Три-Майл-Айленд» в штате Пенсильвания, США.
К тому времени был накоплен значительный опыт использования АЭС во многих странах, что позволяло считать в принципе решенными вопросы безопасной эксплуатации ядерных реакторов различного типа, однако реальность перечеркнула это предположение.
Авария на АЭС «Три-Майл-Айленд» произошла в 4 часа утра 28 марта на втором блоке станции вследствие цепочки следующих событий:
- выход из строя питательного насоса второго контура охлаждения реактора;
- целый ряд технических неполадок (заклинивание клапана, неправильные показания приборов, отказ аварийных насосов) и неудачная компоновка щита управления реактором, что привело к невозможности адекватно оценить состояние реактора, растерянности обслуживающего персонала и принятию ряда неверных решений.
После остановки питательного насоса прекратилась циркуляция воды, и реактор начал перегреваться. Аварийные насосы не были запущены, так как после ремонта на них не были открыты задвижки, а операторы не могли видеть этого, поскольку индикаторы на пульте управления были просто-напросто закрыты ремонтными табличками.
Сработавший предохранительный клапан, выпускающий из реактора воду и пар, не закрылся при достижении нормального давления, из-за чего радиоактивный теплоноситель стал поступать в помещения. Активная зона реактора, оставшаяся без охлаждения, начала плавиться из-за перегрева, вызванного распадом радиоактивных продуктов деления урана, только спустя 3 часа удалось запустить насосы аварийного охлаждения и заполнить активную зону специальной водой с добавкой бора, что остановило разрушение ТВЭЛов.
Уже днем выяснилось, что в корпусе реактора образовался огромный пузырь водорода, возникший при реакции раскаленного циркония оболочек ТВЭЛов с водяным паром, это грозило
взрывом и страшной катастрофой (вспомните Чернобыль). К счастью, удалось запустить насосы первого контура, и вплоть до 2 апреля операторы работали над удалением водорода из-под крышки реактора, устраняя тем самым неуправляемое развитие аварии.
В итоге выяснилось, что около 45% компонентов активной зоны (62 тонны) расплавились, но катастрофического выброса радионуклидов в окружающую среду не произошло - реактор и оборудование первого контура находились в герметичной гермооболочке, которая не была нарушена [3].
Последствия аварии, которая, по официальным данным, была отнесена к 5-му уровню по классификации INES, свелись к тому, что на месте происшествия никто не погиб, а количество нуклидов, попавших в окружающую среду, было оценено как незначительное, так как основную его часть составлял короткоживущий изотоп Хе133 (Т1/2 =5,2 суток).
Сильному радиоактивному загрязнению подверглась лишь территория АЭС, отдельные сотрудники станции (134 человека) получили значительные дозы облучения, за пределами АЭС никто существенно не пострадал. Считается, что в пределах 10-мильной зоны вокруг АЭС население получило дополнительное облучение, не превышающее величину дозы при флюорографическом обследовании.
Однако авария вызвала серьезный психологический стресс у более чем 2 млн жителей прилегающей населенной зоны. Губернатор штата Пенсильвания выступил с заявлением о необходимости эвакуации беременных женщин и детей из прилегающей зоны. И хотя официально эвакуация не была объявлена, около 200 тыс. человек покинули свои дома и вернулись через несколько дней лишь после того, как АЭС лично посетил президент США Дж. Картер (судя по фотографии, из всей защитной одежды у президента были только бахилы на ногах).
Работы по устранению последствий аварии были закончены только в 1993 г., далее на АЭС продолжал работать первый энергоблок, аварийный второй блок был закрыт, внутренняя часть реактора утилизирована. Предполагалось, что станция будет работать до 2034 г. [4], однако в 2019 г. из-за экономической убыточности ее работы и отказа властей штата субсидировать продолжение эксплуатации станция была окончательно остановлена.
Литература
1. Ляндзберг Р.А. Самые опасные ядерные аварии XX века // Техническая эксплуатация водного транспорта: проблемы и пути развития: Материалы Четвертой междунар. науч.-техн. конф. (25-26 ноября 2021 г.). - Петропавловск-Камчатский: Изд-во КамчатГТУ, 2022. - С. 113-115.
2. United Kingdom Atomic Energy Authority Accident at Windscale no.1 pile on 10th October, 1957. - London: H.M. Stationary Off. - 25 p.
3. J. Samuel Walker. Three Mile Island: A Nuclear Crisis in Historical Perspective. - University of California Press, 2004. - 231 p.
4. Three Mile Island Nuclear Station, Unit. 1. Nuclear Regulatory Commision.
