Ядерно-опасные и радиационно-опасные факторы объекта “Укрытие”

1. Топливосодержащие материалы

В результате взрывов и последующего развития аварии реакторное пространство оказалось практически пустым. ТСМ в виде фрагментов АЗ, топливных сборок, ТВЭЛов, находятся на полу ЦЗ, на потолочных перекрытиях барабан-сепараторов (2± 1 тонна), в пионерной стенке машинного зала (1,9 тонны), пом. 504/2 в навале м/к Сх. “ОР” (более 5-ти тонн), в юго-западном квадранте пом. 305/2 (более 0.5 тонны).

Непосредственно после аварии большое количество фрагментов активной зоны (АЗ) и их скоплений наблюдалось вокруг разрушенного энергоблока. ТВС, ТВЭЛы и их части были выброшены взрывом на площадки вентиляционной трубы, на крышу деаэраторной этажерки, машинного зала, ВСРО, крыши сооружений 3-го энергоблока, однако большая часть находится, по-видимому в ЦЗ. В процессе ликвидации последствий аварии часть фрагментов с площадки была сдвинута к развалу и захоронена в каскадной стене, часть собрана в контейнеры с ВАО или захоронена под слоем бетона промплощадки. Другая часть фрагментов АЗ, находившихся на крышах зданий и площадках трубы, была сброшена в развал и впоследствии оказались внутри ОУ, главным образом в ЦЗ. Наконец, небольшое количество топлива осталось на площадках трубы и на крышах, что было прямо подтверждено результатами разведок в 1991 г.

Дать обоснованную оценку общего количества топлива во фрагментах АЗ на основании имеющейся в настоящее время информации невозможно, для этого необходимы дополнительные исследования. Учитывая, что фрагменты АЗ являются наиболее ядерно опасной модификацией, следует дать верхнюю оценку такого топлива. Общая масса урана, находившегося перед аварией в АЗ, в южном бассейне выдержки и в ЦЗ оценивается в 214 тонн (максимум), масса урана в лавообразных ТСМ (ЛТСМ) и топливных частицах оценивается в 33 тонны (минимум). Разность этих значений (126 тонн) является верхней оценкой массы урана во фрагментах АЗ.

В целом, топливо в ОУ находится в следующих видах: фрагменты активной зоны, ЛТСМ, топливная пыль и растворимые формы топлива в воде ОУ.

ЛТСМ имеют несколько модификаций:

а) стеклообразные ТСМ, подобные застывшим каплям в виде черной либо коричневой керамики;

б) пемзообразные ТСМ, обнаруженные в бассейне-барбатере, образовавшиеся при попадании горячей лавы в воду ББ;

в) шлакообразные ТСМ в ПРК и ББ занимают промежуточное положение между предыдущими модификациями. Они имеют либо красно-коричневую окраску (пом. 210/7), либо иссиня-черную (пом. 210/6) - последнее объясняется присутствием графита и солей железа;

г) лава расплавленного металла толщиной до 15 см, обнаруженная в ПРК.

Через три года после аварии было отмечено изменение в состоянии стеклообразных ТСМ - исчез характерный блеск, поверхность стала матовой, наблюдается их растрескивание и охрупчивание. Отдельные куски ТСМ, нависающие на конструкциях, обламываются. Дальнейшее развитие этих процессов может превратить стеклообразные ТСМ в источники большого количества пыли.

С точки зрения ядерной безопасности, ЛТСМ являются подкритической средой с подкритичностью, измеренной пассивными методами для сухих ТСМ, порядка 0,4; измерения, проведенные активными методами на ТСМ, дают значения подкритичности на уровне 0,7. В последнее время, в связи с остыванием ТСМ и увеличением их пористости, вопрос о возможном уменьшении подкритичности в ТСМ при их увлажнении становится более актуальным. Температура на поверхности ТСМ и топлива в настоящее время не намного превышает температуру окружающей среды; тепловыделение в облученном топливе и ЛТСМ в последние годы практически не изменяется и будет оставаться таковым в обозримом будущем.

В консервативных оценках суммарное количество мелкодиспергированного топлива на поверхности завала ЦЗ и других открытых поверхностях, находящихся под кровлей ОУ, дает по порядку величины 1 тонну. Попытки рассчитывать количество радиоактивной пыли в других помещениях ОУ основывались на измеренных в этих помещениях значениях МЭД. При этом исходили из предположения, что там, где нет заметных количеств фрагментов АЗ или ЛТСМ, величина МЭД определяется равномерным слоем активной пыли, осевшей на стенах, потолке и полу помещений. В результате этих расчетов масса топлива (в пересчете на уран) в топливных частицах оценивается в 10 тонн.

Наработка долгоживущих радионуклидов в топливе 4-го блока ЧАЭС на момент аварии

Основная активность в ОУ к настоящему моменту обусловлена долгоживущими продуктами деления, такими, как цезий-137, стронций-90 и трансурановыми элементами (ТУЭ), список которых имеется в приведенной таблице. К настоящему моменту суммарная активность в ОУ составляет порядка 20 МКи. Осколки деления и ТУЭ находятся в следующих физических модификациях:

• неразрушенные и разрушенные фрагменты АЗ;
• ЛТСМ;
• мелкодиспергированное топливо в виде пыли.

Основным дозоопределяющим радионуклидом по внешнему g -излучению является цезий-137; основная аэрозольная активность обусловлена мелкодиспергированным топливом.

2. Вода в объекте “Укрытие”

Общее количество воды в нижних помещениях реакторного блока “Укрытия” оценивается в 3000 м³. Интерес к этому вопросу связан с тем, что начиная с сентября 1990 г., анализ выделений на поверхности ЛТСМ выявил присутствие растворимых соединений урана. Содержание изотопов плутония в этих новообразованиях в сотни раз ниже, а массовая доля урана в несколько раз выше, чем в ЛТСМ. С 1991 г. начались систематические исследования радионуклидов и химического состава воды помещений ОУ. Необходимо отметить, что концентрация урана в точках контроля с каждым годом постепенно возрастает.

Анализ данных, приведенных в таблице , дает верхнюю оценку массы обогащенного урана в воде нижних помещений реакторного отделения ОУ в несколько килограммов.

3. Радиационные поля в ОУ, загрязненность поверхностей помещений и оборудования радионуклидами. Их динамика во времени.

В результате обследования помещений ОУ были выявлены пять основных типов радиоактивного загрязнения:

1. Загрязнение осевшими радиоактивными аэрозолями за счет циркуляции воздуха и механического переноса радионуклидов, что привело к загрязнению относительно герметичных помещений, связанных с другими через системы вентиляции.

2. Загрязнение продуктами горения из горячего газо-пылевого выброса ( так были загрязнены разрушенные помещения, коридоры обслуживания, оказавшиеся на пути следования высокоактивных воздушных потоков).

3. Загрязнения, связанные с протечками высокоактивной воды при опорожнении КМПЦ. Вода при растекании по помещениям смешивалась с диспергированным ЯТ и графитом (так были загрязнены коридоры сообщения, лестницы и помещения нижних отметок).

4. Загрязнения наплывами свежего бетона в процессе сооружения ОУ. При растекании больших масс бетона были захвачены частицы топлива, графита и фрагменты АЗ. Отдельные массы бетона являются мощными источниками излучения, МЭД от которых составляет десятки Р/час.

5. Загрязнения ТСМ в подреакторных и прилегающих к шахте реактора помещениях.

Радионуклидный состав загрязнений в основном соответствует среднему выгоранию топлива 4-го энергоблока.

В большинстве помещений на нижних отметках МЭД не превышает 1 Р/час. Исключение составляют помещения ББ, ПРК и др., в которые попали ТСМ, где МЭД от 0,1 до нескольких тысяч Р/час.

МЭД на поверхности завалов из строительных конструкций и материалов, сброшенных в ЦЗ с вертолетов, имеет разброс значений от 10 до 500 Р/час ( в некоторых точках до 4000 Р/час).

Загрязнение помещений деаэраторной этажерки значительно меньше, чем помещений реакторного блока. Довольно высокие уровни МЭД в отдельных ее помещениях объясняются попаданием загрязнений из реакторного блока или с водой при тушении пожара. Примерно в 70% помещений МЭД не превышает 0.1 Р/час, в остальных до 1 Р/час. Количество помещений с МЭД выше 1 Р/час, незначительно, в основном, они расположены на отметках +29.0 - +35.0, где конструкции этажерки практически полностью разрушены.

Загрязнение машзала после удаления РАО с отм. +12.5 обусловлено аэрозолями, фрагментами строительных конструкций, АЗ, попавшими на отм.0 через разрушенную кровлю машзала. МЭД по площади машзала распределяется равномерно и составляет 0,1 - 5 Р/час.

МЭД g -излучения на кровле ОУ характеризуется следующими значениями:

• над трубным накатом ЦЗ - от 1 до 15 Р/ч;
• над южным и северным покрытиями в осях В-Ж, 41-49 - от 1 до 5 Р/ч;
• на кровле машзала и на кровле деаэраторной этажерки - от 0,1 до 6 Р/ч.

Радиационная обстановка на территории, прилегающей к ОУ, характеризуется МЭД 5-300 мР/ч. В отдельных контролируемых точках западной и южной зон промплощадки, прилегающей к ОУ, МЭД составляет 1-2 Р/ч.

Исследования по анализу поверхностной загрязненности ОУ показали, что улучшение радиационной обстановки в отдельных помещениях связано с дезактивационными работами в этих помещениях.

Помещения ОУ разделяются на 3 категории. Дополнительно вводится категория 4 необслуживаемых - особо опасных помещений с МЭД более 50 мР/ч и a -b -загрязненностью соответственно свыше 200 и 40000 частиц/см^2.мин . Распределение помещений по категориям радиационной опасности приведено в таблице: