Автоматические системы контроля радиационной безопасности

Введение

Развитие атомной энергетики и будущее ядерной отрасли напрямую зависят от решения вопросов, связанных с обеспечением их безопасности. Современные цифровые инструменты открывают новые возможности в данной области.
Несмотря на неоспоримые преимущества, которые даёт атомная энергетика (низкие уровни потребления сырья, выбросов, в том числе парниковых газов, надёжность снабжения электроэнергией), её развитие в мире сдерживают, наряду с экономическими соображениями, два основных фактора – последствия тяжёлых аварий и нерешённость вопроса обращения с высокоактивными отходами.
Опыт развития ядерных технологий, изучение причин аварий и инцидентов привели к формированию современной структуры обеспечения безопасности, которая к настоящему времени реализована во всех странах, использующих атомную энергетику. Безопасность ядерных установок складывается из большого числа организационных и технических факторов. Первый и, наверное, наиболее важный – культура безопасности, которая подразумевает, что все решения на всех уровнях управления, когда конкурируют безопасность и экономика или иные обстоятельства, принимаются в пользу безопасности. Второй фактор – регулирование безопасности, то есть система нормативных документов и наличие независимого от собственника АЭС регулирующего и надзорного органа, который принимает решение о возможности эксплуатации установки и формулирует требования к её безопасности.
Сейчас разрабатываются реакторные технологии, безопасность которых основана на принципиально новых подходах, исключающих тяжёлые аварии за счёт физических законов. Наконец, ещё одним фактором, обеспечивающим безопасность, служат взаимосвязанный мониторинг радиационной обстановки и система аварийного реагирования, направленные на своевременное выявление и минимизацию последствий аварии в случае, если она всё же произойдёт. Радиационный контроль и аварийное реагирование сегодня – это высокоорганизованная межведомственная система, которая включает ведомственный, территориальный радиационный мониторинг и связь.

1. Основные проблемы, препятствующие широкому распространению атомной энергетики

Атомная генерация имеет ряд фундаментальных отличий от других видов электрогенерации, чем обусловлены как её преимущества, так и повышенное внимание к безопасности, характерное для ядерной отрасли. Энергоёмкость используемых на АЭС урановых топливных таблеток во много раз превышает традиционные ископаемые виды топлива. Столь же разительно отличаются объёмы отходов тепловой и атомной электростанций. Кроме того, по сравнению с электростанциями на угле или других традиционных видах топлива, ежедневно выбрасывающих тонны загрязняющих веществ в атмосферу, подавляющая часть отходов АЭС (продукты деления) остаются связанными внутри топлива
Однако столь высокая энергоёмкость одновременно означает и более высокие риски при неконтролируемом развитии событий. В этой связи в отрасли с момента её создания и развития уделяли особое внимание безопасности обращения с атомной энергией. Доля атомной генерации в мире в настоящее время невелика – около 10% (рис. 1). После каждой аварии некоторые страны отказывались от этого вида электроэнергетики. Сейчас АЭС действуют в 31 стране, ещё пять стран (Бангладеш, Беларусь, Египет, ОАЭ, Турция) строят первые станции, а более десяти всерьёз изучают такую возможность. На этом фоне необходимо выделить Китай, который, имея пока небольшую (около 4%) долю атомной генерации, планирует создать крупнейшую в мире ядерную энергетику. Сегодня там уже работают 48 блоков (в России – 38 вместе с только что введённой в г. Певек плавучей АЭС “Академик Ломоносов”), а к 2035 г. на атомных станциях КНР, по прогнозам, будет построено 200 энергоблоков.


Рис. 1. Относительная доля атомной энергии некоторых стран в производстве электроэнергии, %


Несмотря на неоспоримые преимущества, ко торые даёт атомная энергетика (низкие уровни потребления сырья, выбросов, в том числе парниковых газов, надёжность снабжения электроэнергией), её развитие в мире сдерживают, наряду с экономическими соображениями, два основных фактора – последствия тяжёлых аварий и нерешённость вопроса обращения с высокоактивными отходами. Рассмотрим оба фактора подробнее.
Как на любом технологическом объекте, на атомной станции бывают аварии и инциденты, но их не так много (табл. 1). Тем не менее масштабные последствия наиболее крупных аварий продолжают оказывать влияние на решение о создании новых АЭС и закрытии работающих.
В мире было три тяжёлых аварии на энергетических реакторах с расплавлением активной зоны.
Первая из них случилась в 1979 г. в США на АЭС “Три-Майл-Айленд” с реактором фирмы “Westinghouse” по причине отказа конденсатного насоса, подающего воду в парогенератор. Это так называемая проектная авария, которая должна приводить к отключению турбины и включению вспомогательных питательных насосов. Однако подачи воды в контур с помощью вспомогательных питательных насосов не произошло, по-видимому, вследствие профилактического ремонта, проходившего накануне. Ремонтная маркировочная табличка скрывала от персонала цветовую индикацию о закрытом положении задвижек насосов аварийной питательной воды. В итоге вода в парогенератор не поступала, что привело к росту давления в первом контуре и открытию предохранительного клапана. Дальнейшее развитие аварии связано с рядом других причин, помешавших операторам АЭС корректно оценить ситуацию. В результате расплавилось больше половины активной зоны, продукты деления вышли из топлива, но практически все остались внутри блока. Дозы для населения оказались в пределах разрешённых уровней, но тем не менее в экстренной ситуации с учётом имевшихся на 1979 г. знаний часть населения эвакуировали, при этом многие жители уехали самостоятельно. Для Запада эта авария явилась серьёзным предупреждением: начались масштабные работы по безопасности, строительство больших исследовательских установок, развернулось международное сотрудничество, выделялись солидные денежные средства. К сожалению, в СССР полноценного расследования причин аварии так и не провели, опираясь на мнение, что отечественные операторы, имеющие высшее образование, не могут допустить подобных ошибок.


Недостаточное внимание к анализу событий на АЭС “Три-Майл-Айленд” стало одной из предпосылок катастрофы на Чернобыльской АЭС в 1986 г. Операторы выполняли запланированный эксперимент, который не предвещал серьёзных проблем, но предыстория работы реактора на пониженной мощности перед остановкой на планово-предупредительный ремонт привела его, говоря профессиональным языком, к отравлению. Чтобы вернуть реактор к нормаль- ному функционированию, из его активной зоны вывели почти все стержни управления и защиты. В этом абсолютно недопустимом состоянии проявились конструктивные недоработки реактора: когда операторы решили, наконец, заглушить его, сбросив стержни аварийной защиты в активную зону, цепная реакция не прекратилась, а наоборот, произошёл разгон реактора. Последовал взрыв с обрывом всех трубопроводов, охлаждение стало невозможным, началось плавление топлива с горением графита и выходом в атмосферу продуктов деления, которыми были загрязнены территории трёх республик СССР и, в значительно меньшей степени, отдельные районы ряда европейских стран.
Вместе с тем необходимо отметить, что вопреки расхожему мнению, авария не привела к большому количеству человеческих жертв. Достоверно зарегистрировано 134 случая острой лучевой болезни, от которой погибли 28 человек. Ещё три человека погибли во время аварии по причинам, не связанным с воздействием радиации. В результате катастрофы произошли мобилизация ресур- сов и резкое улучшение медицинского обслуживания на загрязнённых территориях. В первые годы после чернобыльских событий удалось выявить дополнительно 748 случаев рака щитовидной железы у детей. Примерно 40% из них принято считать связанными с воздействием радиации. Согласно заключению специализированного Научного комитета ООН по изучению действия атомной радиации, другие радиационные последствия для населения отсутствовали. Авария 1986 г. многое изменила в нашей стране, были выполнены масштабные и разноплановые работы по повышению безопасности атомной энергетики.
Однако в других странах не изучили уроки Чернобыля, подобно тому как не сделал это СССР после аварии на АЭС “Три-Майл- Айленд”.