Формирование радионуклидного состава в объектах радиационного контроля АЭС

Вестник МГТУ, том 5, №2, 2002 г.

стр.205-206

Формирование радиоиуклидиого состава в объектах радиационного контроля АЭС

Л.Н. Соловьев

Технологический факультет МГТУ, кафедра химии

Аннотация. Рассматриваются процессы формирования радионуклидов в результате работы АЭС в сбросах в водоем-охладитель и воздушных выбросах. Даны концентрации радиоактивных аэрозолей в воздушных выбросах на станциях радиационного мониторинга по данным Мурманскгидромета за 1999 год.

Abstract. The processes of radionuclide formation as a result of the NPP operation in the water disposals into a basin-cooler and air discharge have been considered in the paper. The concentrations of radioactive aerosols in air discharge on radiation monitoring stations from the Murmanskgidromet data (1999) have been given.

1. Введение

He 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, 144Ce, а также H. 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).

2. Газоаэрозольные выбросы радионуклидов в атмосферу

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

238 240 241 242

небольших количествах актиноиды - а-излучатели. Наиболее опасны из них - Pu, Am, Cm,

244 234 235 3 14 85 128

Cm, U, U. Особую группу составляют долгоживущие радионуклиды Н, С, Kr, I, 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).

3. Методы очистки газоаэрозольных выбросов

Как и в случае водных сбросов, формирование радионуклидного состава газоаэрозольных выбросов в значительной степени определяется технологической схемой АЭС. Выделяют

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).

4. Концентрации радиоактивных аэрозолей по Мурманской области

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 ß-активность 6.6-10-5 Бк/м3, г. Кандалакша - 4.5-10-5 Бк/м3, г. Мурманск - 5.4-10-5 Бк/м3. Измерения у-излучающих аэрозолей: п. Зашеек - 60Со - 2.23-10-5 Бк/м3, 137Cs - 1.2410-5 Бк/м3,54Mn - 1.0210-5 Бк/м3, 141Се - 1.3010-5 Бк/м3, 144Се - 5.3010-5 Бк/м3, 235U - 3.6410-5 Бк/м3,85mKr - 4.1010-7 Бк/м3, 99Мо - 2.32-10-5 Бк/м3, 131I - 6.1610-9 Бк/м3. Атмосферные выпадения (среднемесячная интегрированная проба, ст. Никель, Мурманск, Мончегорск, Кандалакша, Ковдор, Ловозеро, Иоканьга, Териберка, Полярный, Зашеек): 51Cr - 1.0610-5 Бк/м2, 54Mn -5.3510-7 Бк/м2, 59Fe - 2.92-10-6 Бк/м2, 131I - 6.3110-7 Бк/м2, 133Xe - 9.25-10-6 Бк/м2, 137Cs - 7.9310-6 Бк/м2, 138Cs - 3.7-10-12 Бк/м2,139Се - 7.69-10-7 Бк/м2, 141Ce - 3.50-10-4Бк/м2, 144Се - 5.29-10-5 Бк/м2, 60Со - 4.87-10-7 Бк/м2,88Kr - 4.69-10-3 Бк/м2,133Хе - 6.9310-3 Бк/м2,152Eu - 1.42-10-4 Бк/м2.

5. Заключение

Эффективность наиболее распространенных аэрозольных фильтров из ткани ФПП или ФПА обычно превышает 90 %. По приведенным данным, концентрации радионуклидов в воздухе при нормальных метеоусловиях (отсутствие неблагоприятных условий) не превышают ПДВ. Все анализы выполнялись в Региональной лаборатории атмосферного и радиационного мониторинга Мурманскгидромета. Измерения производились на полупроводниковом у-спектрометре фирмы "Canberra" с германиево-литиевым детектором.

Литература

Двухименный В.А., Столяров Т.М., Черныт С.С. Системы очистки воздуха от аэрозольных частиц на

АЭС. М., Энергоиздат, с.187, 1987. Дибобес И.К., Израэль Ю.А., Теверовский E.H. Развитие энергетики в СССР и проблемы защиты окружающей среды. В кн.: Радиационная безопасность и защита окружающей среды. Л., Гидрометеоиздат, с.436, 1982.