a1.gif (1118 bytes)
a.gif (150 bytes) 1.gif (544 bytes)
  2.gif (445 bytes)
  3.gif (438 bytes)
  4.gif (570 bytes)
  5.gif (769 bytes)
  6.gif (515 bytes)
  7.gif (501 bytes)
  8.gif (450 bytes)

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.

Распределение ЛТСМ по помещениям ОУ.

Помещение

Модификация

Масса топлива, т

Парораспределительный коридор ПРК

(6. 00). С учетом ТСМ в клапанах

Лавообразные ТСМ

25± 11

 

Бассейн-барбатер 2-ой этаж (ББ-2)

Лавообразные ТСМ

8± 3

Бассейн-барбатер 1-ый этаж

Лавообразные ТСМ

1.5± 0.7

304/3, 303/3, 301/5, 301/6 “слоновья нога” и др.

Лавообразные ТСМ

11± 5

 

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

Радионуклид

Период полураспада

Полная масса( кг)

Полная активность

     

Бк

МКи

Стронций- 90

28,6 лет

4,3 . 10

2,2 . 1017

5,9

Рутений -106

368,2 сут.

6,9

8,6 . 1017

2,3 . 101

Сурьма -125

2,77 лет

6,5 . 10-1

1,9 . 1016

5,2 . 10-1

Цезий -134

2,06 лет

3,2

1,5 . 1017

4,1

Цезий-137

30,17 лет

8,1.101

2,6.1017

7,0

Церий-144

284,3 сут.

3,3.101

3,9.1018

1,1.102

Плутоний-238

87,4 лет

1,5

9,4.1014

2,5.10-2

Плутоний-239

24110 лет

4,2.102

9,5.1014

2,6.10-2

Плутоний-240

6553 лет

1,7.102

1,5.1015

4,0.10-2

Плутоний-241

14,7 лет

5,0.101

1,8.1017

5,0

Плутоний-242

3,76.105 лет

1,4.101

2,1.1012

5,5.10-5

Америций-241

433 лет

1,1

1,4.1014

3,7.10-3

Америций-243

7,38.103

7,3.10-1

5,4.1012

1,5.10-4

Кюрий-242

162,8 сут.

2,6.10-1

3,1.1016

8,3.10-1

Кюрий-244

18,11 лет

6,0.10-2

1,8.1014

4,8.10-3

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).

Усредненные данные по содержанию урана в воде ОУ

 

точек контроля

Помещение

Концентрация урана в воде,

мкг/л

   

1991 г.

1992 г.

1993 г.

1

009/4 (отм.0.0 )

18

400

1100

2

101/2 отм.2.20  

80

100

3

01/3 (отм.2.3) скв.р.У

490

820

760

4

009/4 (омт.3.0)  

625

1260

5

012/13-15 (юг)

6800

 

9300

6

012/15 ( север)  

1180

5900

7

012/16 (север)

4900

1200

5050

8

012/15 (север)

50

 

9200

9

012/14 (север)

400

240

5700

10

012/13 (север)

3200

 

13100

11

207/5 скв.3-9-III    

1350

12

207/5 скв.3-9.95    

353

13

405/2 отм12.5  

170

150

14

406/3 отм.12.5    

215

15

403/3  

180

165

 

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/см2.мин . Распределение помещений по категориям радиационной опасности приведено в таблице:

 

Категория помещения

МЭД,

мР/ч

Уровень загрязненности,

частиц/см2 . мин

   

a -частицами

b -частицами

I - обслуживаемые

до 2.9

до 5

до 2000

II - периодического пребывания персонала

до 5.8

до 50

до 8000

III - опасные необслуживаемые

до 50

свыше 50

свыше 8000

IV - особой опасности необслуживаемые

свыше 50

свыше 200

свыше 40000

 

Из анализа радиационной обстановки в аварийном блоке и предлагаемой классификации следует, что ни одно из обследованных помещений на сегодняшний день нельзя пока отнести к обслуживаемым - категории I. Однако, при проведении масштабных работ, возникает необходимость постоянного пребывания оперативного (дежурного) персонала в помещениях блока № 4.

up.gif (200 bytes) m.gif (2186 bytes)up.gif (200 bytes)