Формирование радионуклидного состава в объектах радиационного контроля АЭС

• 1.    Введение

• 2.    Газоаэрозольные выбросы радионуклидов в атмосферу

4. Концентрации радиоактивных аэрозолей по Мурманской области

Не обсуждая вероятные пути поступления радионуклидов в сбросные воды, отметим общую направленность процесса, определяющую закономерности трансформации состава радионуклидов. Основным источником поступления радионуклидов в водоем является второй контур: теплоноситель во время работы реактора и дезактивирующие растворы в период ремонтных работ. Водно-химический режим теплоносителя и состав дезактивирующих растворов определяют исходное гидрохимическое состояние при попадании их в сбросные воды. Дальнейшие химические превращения соединений радионуклидов определяются составом и концентрацией примесей в технических и природных водах. В результате увеличения содержания неорганических компонентов и природных органических соединений происходят реакции сорбции-десорбции, оседание взвесей, поглощение радионуклидов гидробионтами и выделение их в форме продуктов метаболизма. Эти процессы определяют уровень активности нуклидов в воде, размеры зоны загрязнения дна водоема-охладителя, а также биологический перенос радионуклидов и, в конечном счете, степень радиационного воздействия на человека.

Несмотря на большое число "технологических барьеров", нельзя полностью исключить вероятность попадания радионуклидов в водные сбросы АЭС. На основании детального анализа радионуклидного состава сбросов АЭС с легководными реакторами, было идентифицировано более 60 нуклидов. Чаще всего обнаруживаются следующие радионуклиды: ⁵⁴Mn, ⁵¹Cr, ⁵⁹Fe, ⁵⁹Co, ⁶⁰Co, ⁶⁵Zn, ⁸⁹Sr, ⁹⁰Sr, ⁹⁰Mo, ¹³⁴Cs, ¹³⁷Cs, ¹⁴⁴Сe, а также ³Н. Вместе с тем наблюдается большой разброс данных о величине сброса отдельных радионуклидов на разных реакторах, а также на одном и том же, но в разный период эксплуатации ( Дибобес и др ., 1982).

Радиоактивные выбросы АЭС в атмосферу могут включать: инертные радиоактивные газы - ксенон, криптон, аргон; радиоактивные аэрозоли (дисперсную систему, состоящую из твердых или жидких частиц, распределенных в воздушной среде, которые могут переносить практически любые радионуклиды); радионуклиды, распределенные между газовой и аэрозольной фазами (йод и тритий). Опыт эксплуатации показывает, что основной вклад в активность выбросов вносят нуклиды - продукты деления ¹³³Хе, ¹³⁵Хе, ^85mKr, ⁸⁷Kr, ⁸⁸Kr, а также ⁴¹Ar активационного происхождения. В аэрозольной фазе наибольшей активностью обладают продукты активации ²⁴Na, ⁵¹Cr, ⁵⁴Mn, ⁵⁸Со, ⁶⁰Со, ^110mAg, продукты деления ¹³¹I, ¹³⁴Cs, ¹³⁷Cs, ¹³⁸Cs, ¹⁰³Ru, ¹⁰⁶Ru, в меньших количествах обнаруживаются ⁸⁹Sr, ⁹⁰Sr, ⁹⁵Zr, ⁹⁵Nb, ⁹⁹Mo, ¹⁴¹Ce, ¹⁴⁴Ce, ²³⁹Np. Помимо указанных радионуклидов, в выбросах могут присутствовать в небольших количествах актиноиды - α -излучатели. Наиболее опасны из них ^238-240Pu, ²⁴¹Am, ²⁴²Cm, ²⁴⁴Cm, ²³⁴U, ²³⁵U. Особую группу составляют долгоживущие радионуклиды ³Н, ¹⁴С, ⁸⁵Kr, ¹²⁸I, которые глобально загрязняют биосферу. Однако основной источник поступления указанных нуклидов в атмосферу - заводы по переработке радиоактивных отходов (70-80 % ¹⁴C, более 99 % - ³Н, ⁸⁵Kr, ¹²⁹I).

Соловьев Л.Н. Формирование радионуклидного состава...

технологические выбросы, связанные с производством тепла или электроэнергии, и выбросы, связанные с вентиляцией помещений. Технологические и вентиляционные выбросы подвергаются довольно сложной обработке, прежде чем они поступают в атмосферу. Для очистки технологических выбросов, объем которых невелик (10-70 м³ / ч для АЭС с ВВЭР и 300-500 м³ / ч для РБМК), применяются специальные системы газоочистки. Воздух из вентиляционных систем, выбросы которого составляют сотни тысяч м³ / ч, подвергается выборочной очистке. На очистку направляется воздух из околореакторных помещений, где вероятны наиболее высокие концентрации радионуклидов. Распространены два метода снижения активности газоаэрозольных выбросов, основанные на временной задержке газов перед выбросом в трубу, в результате чего происходит распад короткоживущих нуклидов. Для этого газы прокачивают через специальные емкости (газгольдеры выдержки) или пропускают через радиохроматографическую систему, основной элемент которой - адсорбер. Коэффициент "очистки" газа газгольдером выдержки и время не зависят от типа радионуклида и не превышает обычно нескольких часов. При использовании хроматографической системы время задержки во много раз больше и для разных газов существенно различается. Например, при рабочем объеме адсорбера 20 м³ хроматографический фронт ксенона проходит адсорбер при нормальном режиме за 42 суток, а криптона - за 3.5 суток. В радиохроматографической системе проходит также улавливание аэрозолей на самоочищающемся фильтре и, вследствие достаточно большого объема активированного угля в адсорбере, практически полная адсорбция в нем радиоактивного йода. После газгольдеров выдержки дополнительно ставят аэрозольные фильтры и угольные йодные фильтры, работающие по принципу хроматографической колонны. Для улавливания радиоактивного йода используется фильтр СФМ-И ( Двухименный и др ., 1987).

Использование систем очистки газоаэрозольных выбросов позволяет резко снизить уровень загрязнения атмосферы радионуклидами техногенного происхождения. Оценка уровней активности радионуклидов в выбрасываемом воздухе Кольской атомной электростанции (4 энергоблока с ЯУ ВВЭР-440, расход воздуха в трубе ∼ 10⁶ м³ / ч) в среднем за месяц в 1999 г. на станциях радиационного мониторинга составила: п. Зашеек - суммарная β -активность 6.6 ⋅10 ^-5 Бк/м³, г. Кандалакша - 4.5 ⋅ 10^-5 Бк/м³, г. Мурманск - 5.4 ⋅ 10^-5 Бк/м³. Измерения γ -излучающих аэрозолей: п. Зашеек - ⁶⁰Со - 2.23 ⋅ 10^-5 Бк/м³, ¹³⁷Cs - 1.24 ⋅ 10^-5 Бк/м³, ⁵⁴Мn - 1.02 ⋅ 10^-5 Бк/м³, ¹⁴¹Се - 1.30 ⋅ 10^-5 Бк/м³, ¹⁴⁴Се - 5.30 ⋅ 10^-5 Бк/м³, ²³⁵U - 3.64 ⋅ 10^-5 Бк/м³, ^85mKr - 4.10 ⋅ 10^-7 Бк/м³, ⁹⁹Мо - 2.32 ⋅ 10^-5 Бк/м³, ¹³¹I - 6.16 ⋅ 10^-9 Бк/м³. Атмосферные выпадения (среднемесячная интегрированная проба, ст. Никель, Мурманск, Мончегорск, Кандалакша, Ковдор, Ловозеро, Иоканьга, Териберка, Полярный, Зашеек): ⁵¹Сr - 1.06 ⋅ 10^-5 Бк/м², ⁵⁴Мn - 5.35 ⋅ 10^-7 Бк/м², ⁵⁹Fe - 2.92 ⋅ 10^-6 Бк/м², ¹³¹I - 6.31 ⋅ 10^-7 Бк/м², ¹³³Xe - 9.25 ⋅ 10^-6 Бк/м², ¹³⁷Cs - 7.93 ⋅ 10^-6 Бк/м², ¹³⁸Cs - 3.7 ⋅ 10^-12 Бк/м², ¹³⁹Се - 7.69 ⋅ 10^-7 Бк/м², ¹⁴¹Ce - 3.50 ⋅ 10^-4 Бк/м², ¹⁴⁴Се - 5.29 ⋅ 10^-5 Бк/м², ⁶⁰Со - 4.87 ⋅ 10^-7 Бк/м², ⁸⁸Kr - 4.69 ⋅ 10^-3 Бк/м², ¹³³Хе - 6.93 ⋅ 10^-3 Бк/м², ¹⁵²Eu - 1.42 ⋅ 10^-4 Бк/м².