ЧАСТЬ ВТОРАЯ
ОБРАБОТКА РАДИОАКТИВНЫХ ВОД И УДАЛЕНИЕ ОТХОДОВ
ГЛАВА СЕДЬМАЯ
ВВЕДЕНИЕ
Работа АЭС основана на применении ядерного топлива, процесс деления которого сопровождается образованием новых радиоактивных нуклидов. Таковыми являются продукты деления урана, а также активированные продукты коррозии конструкционных материалов основных контуров АЭС. Активность продуктов деления вскоре после пуска реактора начинает компенсироваться за счет распада короткоживущих радионуклидов. Так, в реакторах, работающих на обогащенном уране, через несколько недель работы активность продуктов деления составляет 40 % уровня, который будет достигнут через 2 года.
Радиоактивные отходы принято делить па три группы:
а) твердые—конструкционные материалы; инструменты, побывавшие в активной зоне реактора; фильтрующий материал, загрязненный радиоактивными аэрозолями, и т. д.;
б) газообразные — летучие радионуклиды с достаточно большим периодом полураспада: тритий, С-14, Аr-41, Кr-85, Хе-133, I-131 и аэрозоли;
в) жидкие — водные растворы, эмульсии и суспензии.
Твердые радиоактивные отходы, даже в высшей степени активные, имеющие активность до нескольких тысяч миллиардов беккерелей на 1 кг, занимают относительно малый объем, их транспортировка и захоронение решаются сравнительно доступными техническими средствами.
Газообразные отходы имеют в основном небольшой период полураспада — от нескольких минут до нескольких суток, и только нуклид Кг-85 имеет период полураспада 10,2 года. Радиоактивные аэрозоли хорошо улавливаются фильтрами из активированного угля и ткани Петрянова.
Перед выбросом воздух поступает в газгольдеры, где происходят выдержка и распад короткоживущих радионуклидов— аргона, криптона, ксенона и др. Воздух, прошедший такие этапы очистки, выбрасывается в атмосферу через высокие (до 150 м) трубы, при этом его активность обусловлена главным образом нуклидами Кr-85 и Хе-133.
Зная выход нуклида при делении урана, можно подсчитать, сколько его образуется в мире при известной мощности всех АЭС. В табл. 7.1 приведены расчетные данные по будущему равновесному запасу некоторых газообразных радиоактивных продуктов деления в мировом масштабе. Для расчета принято, что мощность всех АЭС в период с 1980 по 1990 г. составит 200 млн. кВт, а после 2000 г. — около 4300 млн. кВт.
Таблица 7.1. Равновесное количество, Бк
Если принять, что весь Кг-85 равномерно размещается в земной атмосфере, то в приземном слое воздуха его концентрация будет примерно 1 —10 Бк/м3, что может дать дозу облучения всего организма лишь 2·10-8—2·10-7 Дж/кг, в то время как доза, полученная за счет естественного радиоактивного фона, составляет 0,001—0,0015 Дж/кг, т. е. в десятки тысяч раз больше.
Жидкие радиоактивные отходы принято делить на три класса: высокоактивные — с активностью более 1010 Бк/л; среднеактивные — с активностью 105—1010 Бк/л; низкоактивные — с активностью 10—105 Бк/л. Для АЭС характерны отходы только второго и третьего классов; высокоактивные отходы характерны для заводов, перерабатывающих топливо.
Радиоактивные вещества, попадая в воду поверхностных и грунтовых источников, разносятся на большое расстояние, загрязняя почву, траву, сельскохозяйственные культуры, рыбу. Многие растения и рыбы обладают избирательной способностью к поглощению и накоплению некоторых долгоживущих радионуклидов. Употребление радиоактивных продуктов сельскохозяйственными животными и человеком в конечном счете приводит к поступлению радиоактивных веществ в организм человека. Известны случаи, когда люди заражались радиоактивными веществами через молоко коров, употреблявших в пищу зараженный корм.
Многие органы человека обладают избирательностью по отношению к отдельным химическим элементам, что в итоге даже при малых содержаниях радионуклидов в воде и продуктах питания может привести к накоплению их в «критических» органах выше соответствующего предельно допустимого годового поступления (ПДП). Например, Sr, Ва, Рu отлагаются в основном в костях скелета; Се, La, Рr — в печени, Rb, Cs — в мышцах, I — в щитовидной железе.
При взаимодействии ионизирующего излучения с биологической тканью происходят сложные физические, химические и биологические процессы, первичными из которых являются ионизация и возбуждение атомов и молекул, что приводит к разрыву связей и образованию химически активных соединений. Основную массу организма (примерно 75 %) составляет вода. В результате ионизации воды образуется перекись водорода Н2О2 и гидратный окисел НО2 (см. § 5.1), которые при взаимодействии с молекулами органического вещества, в первую очередь с белками, приводят к их разрушению и нарушению биохимических процессов. Под влиянием ионизирующего излучения поражаются также основные жизненные элементы — клеточные ядра. Химические изменения происходят в жирных кислотах, некоторых витаминах и гормонах, т. е. в важнейших компонентах клеток и регуляторах жизненных процессов.
Эти серьезные поражения приводят к нарушению деятельности нервной системы и тем самым к нарушению деятельности тканей и органов. Прекращаются процессы постоянного обновления клеток. Наиболее опасны для организма нарушения в системе кроветворных органов, и прежде всего в костном мозгу. При этом в крови резко уменьшается количество лейкоцитов, что в значительной степени ограничивает защитные силы организма в борьбе с инфекцией, тромбоцитов, уменьшение которых снижает свертываемость крови, и эритроцитов, которые снабжают организм кислородом. Кроме того повреждаются стенки сосудов, происходят кровоизлияние, потеря крови и нарушение деятельности некоторых органов и систем.
Таблица 7.2. Содержание радионуклидов в «критических» органах человека и их среднегодовая концентрация в воздухе производственных помещений и в воде водоемов вблизи АЭС
Большое влияние оказывает ионизирующее излучение на наследственность человека. Сравнительно небольшие дозы, не опасные для данного человека, могут привести к заметному влиянию на его потомков в виде изменения умственного и физического развития: происходит изменение в структуре ген — молекул нуклеиновой кислоты, ответственных за тот или иной признак.
Внутреннее облучение, т. е. облучение от источника, находящегося внутри организма, является наиболее опасным. Во-первых, источник находится в непосредственной близости от того или иного жизненно важного органа; во-вторых, время облучения может быть очень значительным, так как многие нуклиды имеют очень большой период выведения, измеряемый годами.
Можно выделить следующие основные пути поступления радионуклидов внутрь организма: через органы пищеварения вместе с водой и пищей; через органы дыхания вместе с воздухом; через кожный покров в результате поступления радионуклидов через поры и повреждения кожи.
Взрослый человек потребляет в среднем в год в составе пищевых продуктов и в виде жидкости 0,8 м3 воды и вдыхает в течение года за время нахождения на работе около 2500 м3 воздуха. Зная содержание радионуклида в критическом органе, соответствующего ПДП его в организм, можно рассчитать среднегодовую допустимую концентрацию (СДК) радионуклида в воздухе производственных помещений и в воде водоемов вблизи АЭС. Нормы радиационной безопасности устанавливают содержание радионуклидов в «критических» органах, т. е. органах, изменение которых под влиянием ионизирующего излучения приводит к наибольшим нарушениям жизнедеятельности всего организма. В табл. 7.2 приводится содержание некоторых радионуклидов в критических органах, соответствующее ПДП его в организм, а также СДК в воздухе производственных помещений и в воде водоемов вблизи АЭС.
Вопросы для повторения
- Почему жидкие радиоактивные отходы являются наиболее биологически опасными?
- Почему наиболее опасным является попадание радионуклидов внутрь организма?
- Каковы основные пути поступления радионуклидов в организм?
