Отходы ядерного топлива накапливаются во время реакции в тепловыделяющих элементах (ТВЭл). Процесс деления в ТВЭл длится несколько лет, поскольку загрузка реакторов ядерным топливом осуществляется, как правило, через три года. За этот период короткоживущие изотопы распадаются, одновременно идет накопление радионуклидов с большим периодом полураспада.
При этом ОЯТ – не просто отходы, а ценнейший материал для переработки. Например, в природном уране содержится 0,7% урана-235, а в ОЯТ – до 1,5%. Переработанные ОЯТ можно использовать как для изготовления свежего ядерного топлива (уран, плутоний), так и в различных отраслях промышленности и медицине. Уран и плутоний, извлеченные из 100 г ОЯТ, по энергетической ценности равны примерно 2 т нефти или 4–8 т угля.
Наша страна до сих пор переживает экологические последствия множества радиационных воздействий:
• 714 ядерных взрывов при испытании ядерного оружия (из них 467 – в Казахстане, 132 – на северном полигоне Новая Земля);
• 183 испытания в атмосфере, отразившиеся на экосистеме Крайнего Севера и Алтая (продолжительность жизни населения региона – 42 года);
• 115 подземных взрывов в различных регионах страны (для создания хранилищ природного газа, с целью глубинного сейсмического зондирования земной коры и т. д.).
При аварии на Чернобыльской АЭС 26 апреля 1986 года выброс радиоактивных отходов составил 63 кг, или 3,5% радионуклидов реактора. Для сравнения: мощность атомной бомбы, сброшенной на Хиросиму, составляла 20 кт с образованием 740 г радиоактивных отходов. Следовательно, авария на ЧАЭС эквивалентна 85 атомным бомбам мощностью по 20 кт. В ходе ликвидации последствий этой аварии была проведена дезактивация 600 населенных пунктов, эвакуировано 115 тыс. человек, йодной профилактикой охвачено 5,4 млн человек, 650 тыс. ликвидаторов получили различные дозы облучения.
В целом радиоактивному заражению подверглись 19 субъектов РФ с населением более 30 млн человек, а также территории 10 государств Европы.
Контрольные вопросы и задания
1. Какие виды ионизирующих излучений вы знаете?
2. Расскажите о механизме воздействия радиации на человека.
3. Какие объекты относятся к радиационно опасным?
4. Дайте характеристику зон объектов (АЭС) по степени опасности для здоровья в случае радиационной аварии.
5. Назовите единицы измерения радиоактивности.
6. Какие дозы облучения являются предельно допустимыми?
7. Охарактеризуйте радиационную безопасность в России.
Глава 6 Взрывы на производственных объектах
6.1. Взрывы и их поражающее действие
Представление о взрыве
Взрыв — быстропротекающий процесс физических и химических превращений веществ, сопровождающийся освобождением значительного количества энергии (тепла и газа) в ограниченном объеме, в результате которого в окружающем пространстве образуется и распространяется ударная волна, способная привести к возникновению техногенной чрезвычайной ситуации, то есть процесс быстрого перехода потенциальной (скрытой) энергии в механическую работу.
Механическая работа, совершаемая при взрыве, обусловлена быстрым расширением газов или паров независимо от того, существовали ли они до взрыва или образовались во время взрыва. В основе взрывного процесса могут лежать как физическое разрушение сосуда со сжатым газом или перегретой жидкостью, так и химические превращения (детонация конденсированного взрывчатого вещества, быстрое сгорание газового облака), высвобождение внутриядерной энергии (ядерный взрыв), электромагнитной энергии (искровой разряд, лазерная искра), механическая энергия (падение метеорита) и т. п.
Детонация — быстрое химическое превращение взрывчатого вещества (взрыва) с выделением огромной энергии, вызываемое взрывом другого вещества (детонатора).
Самым существенным признаком взрыва является резкий скачок давления в среде, обуславливающий образование ударной волны, распространяющейся на некоторое расстояние от места взрыва.
Ударной волной называется распространяющаяся в газообразной, жидкой или твердой среде поверхность, на которой скачкообразно изменяются плотность, температура и скорость движения частиц среды. Переднюю границу волны, характеризующуюся резким скачком давления, называют фронтом ударной волны. Ударная волна – основной разрушительный фактор взрыва.
Взрыв чаще всего связан с неконтролируемым высвобождением потенциальной энергии сжатых газов из замкнутых объемов машин и аппаратов. Сила взрыва сжатого или сжиженного газа зависит от внутреннего давления, а разрушения вызываются ударной волной от расширяющегося газа (пара) и осколками разорвавшегося резервуара.
Параметрами, определяющими мощность взрыва, являются энергия взрыва и скорость ее выделения.
Энергия взрыва определяется физико-химическими превращениями, протекающими при различных типах взрывов. Для парогазовых сред энергию взрыва определяют по теплоте сгорания горючих веществ смеси с воздухом для конденсированных (твердых и жидких) взрывчатых веществ – по теплоте, определяющейся при их детонации (реакции разложения); при физических взрывах систем со сжатыми газами и перегретыми жидкостями – по энергии адиабатического [4] расширения парогазовых сред и перегретой жидкости.
Поражающие факторы взрыва
Поражающее действие взрывной ударной волны (ВУВ) определяется избыточным давлением во фронте ударной волны и скоростным напором. Однако их роль в повреждении и разрушении зависит от размеров, конструкции объекта и степени связи с земной поверхностью.
Поражения, наносимые людям при взрыве, принято разделять следующим образом:
• легкие (20–40 кПа [5] , или 0,2–0,4 кгс/см2) – скоропроходящие нарушения функций организма (звон в ушах, головокружение, головная боль, возможные вывихи и ушибы);
• средние (40–60 кПа, или 0,4–0,6 кгс/см2) – вывихи конечностей, контузия головного мозга, повреждение органов слуха, кровотечение из носа и ушей;
• тяжелые (60–100 кПа, или 0,6–1 кгс/см2) – сильные контузии всего организма, потеря сознания, переломы конечностей и пр.;
• крайне тяжелые (более 100 кПа, или 1 кгс/см2) – переломы конечностей, внутренние кровотечения, сотрясение мозга, потеря сознания, возможны смертельные исходы.
При взрыве может произойти разрушение здания, в котором расположено оборудование, сосуды, работающие под давлением, или его частей, а также травмирование персонала разлетающимися осколками оборудования.
При скорости распространения пламени, превышающей скорость звука, возникает взрывное горение с температурой от 1500 до 3000°С и генерируется ударная волна со скачком давления до 100 МПа. При этом на сообщение осколкам кинетической энергии тратится до 60% энергии расширения газов, а 40% – на формирование ударной волны. При взрывах большая часть осколков (80%) разлетается на расстояние 200 м, меньшая (20%) на расстояние до 1000 м, отдельные осколки могут разлетаться на расстояние до 3 км.
Другая группа опасностей зависит от свойств веществ, находящихся в оборудовании, работающем под давлением. Так, обслуживающий персонал может получить термические ожоги (если в разгерметизировавшейся установке находились вещества с высокой или низкой температурой) или химические ожоги (если в сосуде находились агрессивные вещества). При этом создается опасность отравления персонала, а при разгерметизации установок, содержащих различные радиоактивные вещества, возникает и радиационная опасность.
В производственных условиях возможны следующие основные виды взрывов:
• свободный, воздушный;
• наземный;
• взрыв в непосредственной близости от объекта;
• взрыв внутри объекта (сооружения).
6.2. Взрывоопасные вещества
Взрывчатые вещества могут быть твердыми, жидкими, газообразными, а также аэровзвесями горючих веществ (жидких и твердых) в окислительной среде, часто в воздухе.
Твердые и жидкие взрывчатые вещества в большинстве случаев относятся к классу конденсированных взрывчатых веществ. При инициировании взрыва в этих веществах с огромной скоростью протекают экзотермические окислительно-восстановительные реакции или реакции термического разложения с выделением тепловой энергии.
Газообразные взрывчатые вещества представляют собой однородные (гомогенные) смеси горючих газов (паров) с газообразными окислителями – воздухом, кислородом, хлором и др.
Взрывоопасные аэровзвеси состоят из мелкодисперсных частиц горючих жидкостей (туманов) или твердых веществ (пылей) в окислительной среде, чаще всего в воздухе, например мучная, угольная пыль и т. п.
6.3. Взрывоопасные объекты и аварии на них
Взрывоопасные объекты
Взрывоопасный объект (BOO) — объект, на котором хранятся, используются, транспортируются взрывоопасные вещества, а также вещества (продукты), приобретающие в определенных условиях способность к взрыву.
