В дополнение к контролю сбросов и выбросов АЭС согласно СП—АЭС—79 ведется контроль за радиационным климатом в окружающей АЭС среде. Контролю за содержанием радионуклидов подлежат различные объекты внешней среды — воздух, вода водоемов, выпадения, почва, представители наземной и водной флоры и фауны, сельскохозяйственные продукты и др. Контролируется также фон γ-излучения на местности.
Для этого на территории наблюдаемой зоны АЭС организуются дозиметрические посты (ДП), на которых устанавливаются аппаратура и приспособления, необходимые для проведения полного объема контроля. Таких ДП в пределах наблюдаемой зоны организуют 12—15. Их располагают достаточно равномерно по всей территории с некоторым преимуществом в направлении господствующих ветров. Один ДП — контрольный — устанавливают за пределами наблюдаемой зоны с подветренной по отношению к АЭС стороны. Предполагается, что результаты наблюдений на этом посту не зависят от работы АЭС. Дело в том, что на радиационную обстановку во внешней среде могут влиять не только работа АЭС, но, конечно, и естественный фон и глобальные выпадения из атмосферы, которые подвержены колебаниям, и роль их зависит от многих факторов. Поэтому влияние АЭС на радиационную обстановку определяют путем сравнения результатов наблюдений на ДП наблюдаемой зоны и контрольном.
Опыт показывает, что обнаружить в контролируемых объектах внешней среды радионуклиды, обусловленные работой АЭС, весьма трудно, так как концентрации их в воздухе, растительности и других объектах внешней среды низки. Например, концентрация аэрозолей в воздухе наблюдаемой зоны при нормальной работе АЭС порядка 10-19 Ки/л. Поэтому измерения проводят в основном пробоотборным методом, причем пробы отбирают большого объема, содержащиеся в них радионуклиды концентрируют и концентрат анализируют на низкофоновых спектрометрах или счетчиках.
В атмосферном воздухе определяют содержание радионуклидов в аэрозольной форме. Для этого на ДП устанавливают аспирационную установку — воздуходувку, прокачивающую воздух через аэрозольный фильтр. Воздуходувка обеспечивает производительность около 10+6 м3/ч, и фильтр экспонируют 7-10+6 м3 воздуха. Фильтр снимают, озоляют или прессуют в таблетку и анализируют на ППД- спектрометре.
На ДП устанавливают специальные кюветы или планшеты, в которые собирают атмосферные выпадения. Это осаждающиеся под действием гравитационных сил или вымываемые дождем, снегом, туманом аэрозоли (твердые или жидкие), несущие на себе радионуклида. Периодически подложку с выпадениями и воду из кюветы собирают, нуклиды концентрируют соосаждением или на механических и ионообменных фильтрах и концентрат анализируют на спектрометре.
Содержание радионуклидов в почве и растительности, в сельскохозяйственных продуктах и других объектах внешней среды измеряют в представительных пробах, отбираемых по специальным методикам. Пробы подвергают обработке, позволяющей сократить ее объем без потери нуклидов. Эго озоление, выщелачивание, пропускание через ионообменные колонки или колонки с селективными сорбентами и т. п. Подготовленную тем или иным способом пробу анализируют на спектрометре.
В водоемах и прежде всего в водоеме-охладителе определяют концентрацию радионуклидов в воде, донных отложениях и гидробионтах. Подготовка пробы воды к измерениям (объем ее обычно равен 50— 100 л) состоит в соосаждении нуклидов или в пропускании пробы через ионообменные колонки. Донные отложения и гидробионты готовят к измерениям так же, как и пробы наземных бионтов, в основном озолением.
В готовых для измерения объектах, сформованных из достаточно больших по объему проб, содержание радионуклидов все же невелико: 10-9—10-12 Ки. Измерение таких активностей и тем более их спектральный анализ представляют серьезные задачи. Применяют, как уже отмечалось, низкофоновые установки.
Простейший низкофоновый спектрометр — однокристальный спектрометр с защитой из материалов, не содержащих естественных или искусственных радионуклидов. Такой спектрометр позволяет анализировать пробы с активностью 10-9—10-11 Ки. Пробы с более низкой активностью анализируют на спектрометрах с активной защитой. Это, например, спектрометр с защитой антисовпадениями. Детектор такого спектрометра состоит из двух чувствительных объемов, например из полупроводникового детектора (детектора-анализатора), помещенного внутри сцинтилляционного детектора (детектора- защиты) достаточно большого объема (рис. 8.7).
Структурная схема спектрометра построена таким образом, что регистрируются и анализируются по амплитуде только те импульсы, которые обусловлены полным поглощением энергии у-кванта из пробы в детекторе-анализаторе: схема пропускания открывается лишь тогда, когда нет запрещающего сигнала со схемы антисовпадений. Современные детекторы и электронная аппаратура позволяют построить спектрометры с защитой антисовпадениями, способные анализировать пробы активностью около 10-12 Кн.
Если в пробе необходимо определить только р-излучающие радионуклиды, то ее сначала очищают от γ-излучающих нуклидов или из пробы выделяют конкретный бета-излучающий нуклид. Пользуются для этого различными радиохимическими методиками или методиками с применением селективных сорбентов.
1 — ППД — детектор-анализатор; 2 — защитный сцинтилляционный детектор; 3 — исследуемая проба; У — усилитель; АС — схема антисовпадений: СП — схема пропускания: АА — амплитудный анализатор; а — приборный спектр источника моноэнергетнческого y-излучения, измеренный без защиты антисовпадениями; б — то же с защитой антисовпадениямн
Рис. 8.7. Структурная схема спектрометра y-излучения с защитой антисовпадениями:
Пробы некоторых радионуклидов отбирают и готовят к измерениям довольно сложными методами. Так, пробу для определения концентрации трития в атмосферном воздухе (в виде тритиевой воды) отбирают путем вымораживания атмосферной влаги в холодильных установках, наледь превращают в воду, воду разлагают в химических реакторах, с образовавшимся водородом синтезируют какой-либо органический газ (метан, бутан), который вводят в счетчик внутреннего наполнения, работающий в спектрометрическом режиме. 14C из воздуха отбирают в щелочь, осадок собирают, выделяют из него углерод и на его основе синтезируют толуол, который используют как основу жидкостного сцинтилляционного счетчика. РБГ из атмосферного воздуха отбирают с помощью ректификационных криогенных колонн, пробу разделяют на криптон и ксенон с помощью хроматографических методов и отдельно активность нуклидов криптона (кроме 85Кг) и ксенона измеряют ППД-спектрометром. Активность 85Кг в пробе определяют с помощью счетчика внутреннего наполнения после того, как распадутся все другие нуклиды криптона.
Нуклидный анализ проб объектов внешней среды — не простая задача. Сейчас она решается самостоятельно службой внешней дозиметрии каждой АЭС. В дальнейшем при широком строительстве АЭС целесообразно организовать общесоюзную или региональную службу. Это не только повысит качество работы, но и будет стоить дешевле.
Гамма-фон на местности измеряют двумя способами: периодическим замером его в разных точках наблюдаемой зоны носимым или возимым дозиметром и измерением значений дозы за год (полгода) ТЛД, установленными в контрольных точках.
Каждая местность характеризуется своим естественным фоном, своими глобальными выпадениями и глобальным фоном. Как уже отмечалось, значения фона подвержены сезонным и другим колебаниям. Поэтому, чтобы правильно оценить влияние работы АЭС на радиационный климат во внешней среде, результаты наблюдений, выполняемых в период эксплуатации АЭС, необходимо сравнивать с соответствующими показателями радиационной обстановки на местности, имевшими место до ввода АЭС в эксплуатацию. В предпусковой период, т. е. за 1,5—2 года до пуска АЭС, в пределах будущей наблюдаемой зоны исследуют все те объекты внешней среды на содержание в них радионуклидов, которые контролируются при эксплуатации АЭС.