Расчет безопасного загрязнения территории актинидами
Дата: 30/11/2020
Тема: Атомная наука


С. М. Брюхов

Этот материал написан в ответ на критические замечания к статье «Обоснование безопасности перехода с ОЯТЦ на ЗЯТЦ». Авторам спасибо за неравнодушное отношение к проблеме, за справедливые замечания и поправки, и за выставленный на всеобщее обозрение свой уникальный взгляд на видение проблем безопасности в атомной энергетике. Особое спасибо тем, кто использует термины и единицы измерения, которые я предлагал в более ранних материалах.



Тот, кто задает вопросы, имеет шанс получить ответ. Кто не задает вопросы, никогда не получит ответ.

Для читателей напомню, что дозовый коэффициент (е) связывает активность радионуклида с годовой эффективной дозой. И этот коэффициент для актинидов составляет в среднем 5Е-5 [Зв/Бк]. Так написано в Приложении НРБ в шапке таблицы, но на самом деле это величина относится к году экспозиции, и правильней её записывать в виде размерности [Зв/(год*Бк)]при поступлении через легкие.

Нюансы.

Это практически верхний предел дозового коэффициента. Для бета излучателей он ниже на 2-9 порядков, то есть в сто – миллиард раз, поэтому их вклад в эффективную дозу мал.  Для каждого нуклида свой дозовый коэффициент, поэтому не суммируйте активность бета и альфа излучателей под одной скобкой.

Для плутония ингаляционный путь поступления указан в НРБ. Но самый опасный путь – парентеральный – то есть сразу в кровь через кожу, под кожу, внутримышечно, внутривенно (не через рот и не через легкие). НРБ ограничивает этот путь простым ограничением – нельзя работать персоналу, имеющему какие-либо открытые порезы, ссадины, тем более крупные кровоточащие раны. Нельзя работать без СИЗ глаз, рта, носа, ушей, то есть все слизистые должны быть тоже защищены. Идеально – костюм ЛГ с автономным источником воздуха.

Американские врачи в 40-х установили (возможно, под руководством опытных немецких наставников), что введение внутривенно 1 мкг плутония (не важно какого изотопного состава, это связано с химической токсичностью соединений плутония) в составе водорастворимого комплексного соединения приводит к гибели человека за несколько часов. 1 мкг – это в любом случае менее 1 мкКи, то есть от 10 000 Бк до 20 000 Бк.

Этот путьпоступления более всего деморализует персонал, на глазах которого падают соотечественники.

Если 100 мКи/км2 актинидов дают годовую эффективную дозу 500 мЗв/год, то безопасный уровень в 1 мЗв (который никогда не должен быть превышен) составляет менее 0,2 мКи/км2. Если аварийная доза дает 50 мЗв/год, то безопасный предел загрязнения территории 1 мЗв/год составит 2 мКи/км2.

Чтобы читатель не утруждал себя переводом одних единиц измерения в другие, привожу перевод. 2 мКи/км2 = 7,4Е+7 Бк/км2 (74 миллиона Беккерель на квадратный километр) создают годовую эффективную дозу 1 мЗв/год.

Безопасное, или предельно-допустимое годовое поступление актинидов в течение года в организм взрослого человека составляет 20 Бк, при этом годовая эффективная доза 1 мЗв/год. В НРБ-99/2009 это называется предел годового поступления с ингаляцией.

Как видим, вероятность поступления актинида, равномерно рассеянного на одном км2, в легкие человека, живущего постоянно на этой территории, составляет примерноодну четырехмиллионную долю в год. Эта доля зависит от химических свойств элемента, от химической формы, в которой находится радионуклид. Эта доля очень сильно зависит от состояния почвы, уровня снежного покрова, ветра, наличия леса и травяной растительности, влажности воздуха и

уровня потребления кислорода организмом. То есть, чем больше физическая активность человека, тем больше воздуха ему требуется на дыхание. Ленивец может получить 0,5 мЗв/год, а спортсмен 5 мЗв/год. Ребенок имеет удельный метаболизм в десятки раз выше, чем взрослый, поэтому получаемая им доза (энергия/кг массы), на загрязненной территории, в десятки раз большая.

 

Пересчеты на выбросы АЭС 

Удельный вес 1 Ки плутония ВВЭР составляет 3,5 г/Ки(для чистого Pu-239 – 15,9 г/Ки). Или то же самое 3,5 мг/мКи. На квадратный километр безопасный выброс получается 2 мКи, что составят 7 мг/км2. Это, заметьте, не в год. Это всего за всю историю атомной энергетики. Это разрешенный интеграл (не путайте с сечениями захвата, изучавшие ядерную физику), сумма всех загрязнений на всю предыдущую, и на всю будущую атомную эру.

Если эту цифру умножить на 17 миллионов квадратный километров, то получится 120 килограмм плутония, равномерно рассеянных над Россией за всю атомную историю. Это есть безопасный предел в размерности кг/Россия, когда эффективная доза не будет превышать 1 мЗв/год.

Допустим, что атомная энергетика планирует существовать в России 100 лет, то есть просуществует еще 50 лет, до 2070 года. Тогда разрешенный годовой выброс всех АЭС России не должен превышать 1,2 кг/год. Если такие планы растянуть на 1000 лет – то годовой выброс не должен превышать 120 грамм, или 35 Ки.

Обсудим последнюю цифру. Выбросы 35 Ки плутония в атмосферу России за год возможны при равномерном рассеивании. На самом деле, такого никогда не удастся получить, и локальные загрязнения будут составлять в десять или более раз большую цифру, чем среднее значение. Таким образом, разрешенная величина выбросов составит не более 12 грамма/год при планах развития АЭС на 1000 лет, или 3,5 Ки/год для всех АЭС России. Для 35 ГВт - по 100 мКи/ГВт*год актинидов с периодом полураспада более 10 лет.

Для справки.

Чернобыль дал выброс примерно тонну плутония, который не совсем понятно где находится. Если бы это количество плутония было рассеяно на территории России, то эффективная годовая доза составляла бы 10 мЗв/год.

Для равномерного загрязнения всей территории планеты до уровня 1 мЗв/год требуется 7 мг умножить на 509 млн. км2. Это 3,5 тонны. Для достижения аварийного уровня 50 мЗв – 180 тонн.

Если бы нормы выбросов при переработке ОЯТ были привязаны к квтч, как это сделали в США, 0,5 мКи/ГВт*год всех актинидов, то 30 ГВт дали бы за год всего 15 мКи, или 50 мг плутония. Сами США разрешают себе норму в (100ГВт*0,5=) 50 мКи, или 175 мг плутония за год работы всех АЭС. За тысячу лет 175 грамм.

Как видите, американский экологический стандарт жестче примерно в 200 раз (3,5Ки/0,015Ки). Возможно, это кажется излишне жестким требованием, но не забывайте, что мы разрешаем выбросы для нормальной эксплуатации. Одна авария типа Чернобыля легко перекрывает все запасы по безопасным пределам в 10 и более раз, а с учетом неравномерности рассеивания в 10 и более раз на 1/10 площади территории России. 

Обратите внимание на то, что любая авария на АЭС или РТ приводит к превышению допустимого предела. Все расчеты ведутся из предположения, что аварийность равна нулю, и никакого запаса на этот вид деятельности не предусматривается.

Несколько мне известно (сомнительная информация), специалисты США установили свой предел исходя из достигнутого уровня, и предположения, что авария берет на себя квоту 99% возможных выбросов. То есть на нормальную эксплуатацию разрешена квота в 1% от общей квоты на суммарный выброс.

 

Вопросы к профессионалам 

У меня нет особых вопросов к профессионалам, которые работают на производстве и соблюдают нормы, предписанные им в служебных (должностных) инструкциях. Они соблюдают технологию и не совершают аварий, следят за состоянием вверенного им оборудования. Они соблюдают методики измерений, вовремя проводят поверку измерительного оборудования, своевременно обновляют ОРР, регулярно подтверждают и повышают свою квалификацию.

У меня вопросы к тем людям, которые устанавливают Контрольные Уровни в виде единиц измерения ГБк/год.

Для чего нужно раскрывать технологические секреты получения ядерных материалов в публичных годовых отчетах? Для чего нужно раскрывать изотопный состав ядерных материалов в средствах массовой информации? Это считалось недопустимо в советские времена.  Это неправильно, на весь период существования атомной отрасли, и атомной энергетики в частности.

Меня, как покупателя автомобиля, интересует экологическая характеристика в виде выбросов СО2 г/квтч. Сегодня эта единица напрямую связана со стоимостью топлива, и цена топлива помогает мне сделать выбор в пользу экологии. Меня не интересует материал сплава, из которого изготовлен поршень и цилиндр. Меня не интересует технология изготовления искусственного каучука. Меня интересуют потребительские характеристики – безопасность пассажиров, пешеходов, уровень выбросов токсичных газов при производстве авто и при его эксплуатации.

Меня, как покупателя экологически безупречной атомной электроэнергии, также интересуют потребительские характеристики – стабильное напряжение, частота и косинус, максимальная мощность в моей розетке и цена квтч, в любое удобное для меня время. Не равномерно круглосуточно, а когда потребуется. От нуля до 25 кВт. 365 дней в году 24 часа в сутки (а не 8000 часов в год и/или по ночам).

Меня заставляли ежегодно, а временами ежеквартально, учить нормы радиационной и ядерной безопасности. Не по своей воле я изучал этот предмет, такие требования нормативных документов. Можно сказать, в меня насильно затолкали эти знания.

Сегодня, с большим запозданием, я пришел к пониманию, что эти знания важны. Поэтому сегодня, в первую очередь, меня интересует величина выбросов актинидов с АЭС в виде единицы измерения Бк/квтч. Это основная компонента радиационного загрязнения, влияющая на мое здоровье, здоровье близких мне людей, и всех россиян. 

Никакие секреты раскрывать не нужно – ни коммерческие, ни технологические, ни финансовые, ни военные, ни государственные. Укажите количество выбросов в единице, в которой измеряется безопасность атомной энергетики, и будут довольны все отделы- от первого до седьмого. Будут довольны все граждане, от дворника до министра. Будут довольны все генералы и адмиралы.

Активность актинидов – это сумма альфа активности, которую выбрасывает ЗЯТЦ в окружающую среду. В неё входит и плутоний-239, и уран-235, и нептуний-237, и америций-241 и еще полсотни альфа радионуклидов. Но это величина, которая не содержит никаких секретов боевых ядерных материалов. Эти секреты надежно защищают примеси других актинидов. Из этой величины невозможно вычислить никакие секретные сведения. Это чисто экологическая величина, суммарная альфа-активность, поделенная на квтч выработанной энергокластером энергии. Для получения этой величины не нужны альфа-спектрометры и масс-спектрометры. Нужен только прибор, типа РУП-1 с датчиком, измеряющий альфа-частицы на фильтре типа АФА, 1959 года выпуска.

 

Тем читателям, которые ранее читали мои статьи 

Я раньше рассчитывал количество энергоблоков с учетом аварийного предела. Это, как вы помните, 190 тонн плутония на всю планету, при годовой дозе 50-500 мЗв/год.

Но есть уровень, который считается безопасным – 1 мЗв/год, то есть в 50-500 раз меньше. Для всего мира получается 0,4-4 тонны плутония. Суммарно 400-4000 кг/509 миллионов квадратных километров на весь срок эксплуатации АЭС во всем мире за тысячу лет. Единицы килограмм в год на большие страны. Про этот уровень я не говорил, так как он не используется в России в тех единицах измерения, которые рассчитаны на обоснование безопасности атомной энергетики.

Мне очень хочется надеяться, что я ошибаюсь в оценках, и найдется человек, который объяснит, в чем не правы стандарты США и/или российские НРБ. И укажет уровни и Аварийного Предела, и Безопасного Предела. Но пепел Чернобыля, который сидит у меня в костях и печенке, из-за чего я считаюсь выделителем продукта №4 (по советской классификации), напоминает, что тут нет грубой ошибки.  Мои коллеги и сотоварищи по несчастью уходят из жизни в возрасте 54±10 лет. Из моего «окопа» эта цифра кажется маленькой.

Даты рождения и смерти на табличках указывают, что наше поколение, рожденных во время атмосферных испытаний ядерного оружия нашими славными предками, не живет долго.

Через каких-нибудь 10-20 лет ученые увидят этот провал в продолжительности жизни. И тогда появится возможность, на миллиардной выборке, с максимально возможной точностью, оценить не только дозовый коэффициент, но и коэффициент перевода удельной активности зараженной территории в годовую эффективную дозу населения, проживающего на этой территории.

 

Сводная таблица пределов для актинидов 

В данном разделе будем использовать следующие сокращения:

Предел годовой эффективной дозы (ПГД), Предел годового поступления актинидов неизвестного радионуклидного состава (ПГП), уровень загрязнения поверхностей операторских помещений (УЗП)[НРБ-99/2009]. УЗП для радиационных аварий – уровень загрязнения зараженных территорий.

ПГД 0,01 мЗв/год

ПГП0,2 Бк/год

Это уровень техногенного воздействия на человека, ниже в сто раз уровня природного радиационного воздействия на человека. Абсолютно безопасный уровень, который при поступлении актинидов в течение 100 лет жизни даст суммарную годовую эффективную дозу 1 мЗв/год. Это предел используется для оценки радиационного воздействия на население хранилищ РАО в СПОРО-2002 и ОСПОРБ-99/2010.

Работа в таких условиях не считается работой с ионизирующим излучением и не попадает под действия НРБ-99/2009.

ПГД 1 мЗв/год

ПГП 20 Бк/год

 

Это уровень техногенного воздействия, равный среднему уровню природного радиационного воздействия на человека.

Природный уровень составляет 1-2 мЗв/год в среднем. Природные колебания составляют от 0,2 мЗв/год до 20 мЗв/год в разных местах на планете. Вклад альфа-излучателей в природное облучение населения составляет в среднем от 40% до 80%.

Такой уровень облучения не превышается у 99% персонала, занятого в томных НИР и НИОКР. 

ПГД 20 мЗв/год

ПГП 400 Бк/год

УЗП 166 Бк/м2

Это уровень техногенного радиационного воздействия, равный предельному природному уровню природного радиационного воздействия. Работа в таких условиях считается особо вредной. Персонал получает различные льготы – укороченную рабочую неделю 36 часов, повышенную зарплату и пониженные нормы выработки, современное медицинское обслуживание (диагностику и лечение), выход на пенсию в 45 лет для женщин и 50 лет для мужчин.

ПГД 50 мЗв/год

ПГП 1000 Бк/год

 

Этот уровень называется уровнем вмешательства, и население рекомендуется эвакуировать с загрязненной территории. Проводится оценка скорости снижения ПГП и ПГД в последующие годы, и проводится тщательный мониторинг радиационной обстановки без эвакуации населения. Возможна принудительная эвакуация детей и женщин.

ПГД 500 мЗв/год

ПГП 10000 Бк/год

УЗП 0,1 Ки/км2

Это высший аварийный уровень, превышение которого предусматривает немедленную эвакуацию населения и запрет любой хозяйственной деятельности на загрязненной территории. Летальная доза может накопиться за 8 лет проживания на такой территории.

ПГД 4 Зв/год

ПГП 80 кБк/год

УЗП 1 Ки/км2

Смертельно опасный уровень загрязнения. В течение года половина населения погибает от радиационного воздействия.

ПД 40 кЗв

ПП 800 МБк

 

Это боевые уровни применения актинидов. Размерность годовой эффективной дозы вырождается в эффективную дозу за дни, часы, минуты, секунды.

Такие уровни присутствуют в служебных необслуживаемых помещениях работающего реактора, рядом с ОТВС, в помещениях, где произошла авария при обращении с ОЯТ. Этот уровень обеспечивает самозащищенность ОЯТ от несанкционированного использования, и используется в Стратегиях Глубоко Эшелонированной Защиты АЭС от злоумышленников.

Наглядный пример применения такого оружия – 2007 год, Литвиненко. По оценкам английских военных токсикологов, летальная доза была превышена до десять тысяч раз, и без лечения человек мог погибнуть в течение нескольких дней. Несмотря на оказанное специализированное лечение, которое снижает эффективную дозу до 20 раз, шансов у пациента нет.

Этот пример показывает, как сложно обнаружить уровни в тысячи летальных доз альфа-излучателей в природных объектах. По версии следствия, боевое отравляющее вещество было доставлено в Англию на самолете, и преодолело все пункты радиационного контроля.







Это статья PRoAtom
http://www.proatom.ru

URL этой статьи:
http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=9454