РОЗДІЛ 2
ТЕХНОГЕННІ ПЕРЕДУМОВИ САМООЧИЩЕННЯ
РАДІАЦІЙНО ЗАБРУДНЕНИХ НАЗЕМНИХ ЕКОСИСТЕМ
2.1. Склад і форми випадінь.
Серед техногенних аварій вибух на IV енергоблоці Чорнобильської АЕС у квітні 1986 р. міцно утримує провідне місце у світі за віддаленими соціально-економічними, медико-біологічними та екологічними наслідками. На протязі 10 діб у навколишнє середовище надійшло близько 3?1018 Бк радіоактивних нуклідів з періодом напіврозпаду від кількох годин до сотень тисяч років (табл. 2.1 [149, 150, 372]).
Вважається, що руйнування реактора ініційовано неконтрольованим стрибком реактивності, яка щонайменше на два порядки перевищувала реактивність за нормальної робочої потужності. Реакція такої інтенсивності призвела до значної фрагментації палива.
Викид радіонуклідів за межі аварійного блоку являв собою багатостадійний розтягнутий у часі процес (рис. 2.1). Вибухова природа перших миттєвостей аварії зумовила аерозольну форму розсіяння фрагментованого палива та паливо-графітових конгломератів у ближній зоні ЧАЕС. Радіонуклідний склад на цій стадії відповідав опроміненому ядерному паливу, збагачений леткими ізотопами йоду, телуру, цезію, благородних газів. При цьому напрям вітру 26-27 квітня знаходився у секторі 230-320о, а сила його сягала 8 м?с-1 [19], що зумовило утворення "західного" сліду.
В процесі горіння графітової кладки в аварійний реактор було внесено 1780 т піску, 900 т доломіту, 2400 т свинцю, 40 т карбіду бору. Внаслідок цих заходів на другій стадії (26.04-02.05) потужність викиду зменшувалася. На цій стадії струменем гарячого повітря з реактора виносилося дрібнодисперговане паливо, окиснене під час горіння графіту при температурі до 3000 оС. Широка різноманітність вкинутих матеріалів, висока температура всередині
Рис. 2.1. Стадії радіоактивного викиду з IV енергоблоку ЧАЕС.
Таблиця 2.1.
Оцінка радіонуклідного складу викиду аварійного блоку ЧАЕС.
НуклідПеріод напіврозпадуАктивність викиду, БкЧастка активності, викинута за межі реактора, %133Xe5,3 доби1,67?1018Можливо, до 10085mKr4,4 години5,55?1015"-"85Kr10,76 годин3,33?1016"-"131I8,04 доби2,70?101720132Te78,2 години4,05?101715134Cs2,062 року1,85?101610137Cs30 років3,70?10161399Mo66 годин1,11?10172,395Zr63,98 доби1,41?10173,2103Ru39,28 доби1,18?10172,9106Ru368,2 доби5,92?10162,9140Ba12,74 доби1,59?10175,6141Ce32,501 доби1,04?10172,3144Ce284,3 доби8,88?10162,889Sr50,5 доби8,14?10164,090Sr29,12 року8,14?10154,0238Pu87,74 року2,96?10133,0239Pu24 065 років2,59?10133,0240Pu6537 років3,70?10133,0241Pu14,4 року5,18?10153,0242Pu379 000 років7,40?10103,0242Cm162,5 доби7,77?10143,0239Np2,355 доби4,44?10163,2
палаючого реактора та значні варіації окисно-відновних умов викликали формування та випадіння у ближній зоні гарячих частинок - носіїв радіоактивності переважно силікатного складу, радіонуклідний склад яких близький до опроміненого палива. Роза вітрів у цей період зумовила формування західного, південного та північного "паливних" слідів викиду (рис. 2.2).
На 5 день після аварії, коли швидкість викиду почала рости, відзначено близькі значення швидкості викиду тугоплавких та летючих радіонуклідів, що могло бути зумовлено протіканням процесів карбідизації ядерного палива, утворенням летючих карбонілів урану і плутонію. Третя стадія характеризувалася швидким наростанням потужності виходу продуктів поділу урану за межі реакторного блоку. На початку її відзначається переважне винесення летких компонентів, зокрема 131I, 103+106Ru, 134+137Сs, що зумовило формування конденсаційних випадінь; затим радіонуклідний склад викиду знову наближується до опроміненого паливного (на 06.05). Це зумовлено розігрівом палива в активній зоні реактора до температури вище за 1700 оС внаслідок залишкового тепловиділення. При цьому в результаті температурно залежної міграції продуктів поділу та хімічних перетворень окислу урану відбувався витік продуктів поділу урану з паливної матриці та їхнє винесення в аерозольній формі на продуктах згоряння графіту.
Після 6 травня внаслідок вжитих заходів щодо гасіння аварійного реактора, утворення тугоплавких сполук продуктів поділу в результаті їхньої взаємодії із введеними матеріалами, стабілізації та наступного зниження температури палива відбувається швидке зниження радіоактивних викидів до 3,7?1014 Бк на добу (09.05) та 7,4?1011 Бк на добу (23.05). В зв'язку з чим вважається, що викид радіоактивних речовин із аварійного реактора в основному завершився 06.05.1986 та становив приблизно 3,5 % паливовмісних матеріалів, що знаходилися у реакторі на момент аварії [60, 149, 312]. В атмосферу було викинуто до 100 % радіоактивних благородних газів, 20-50 % 131I, 12-30 % 134,137Cs та 3-4 % нелетких радіонуклідів [197, 430].
Таким чином, надходження нелетких радіонуклідів у навколишнє середовище зумовлено випадінням опроміненого палива у наступних основних формах [353]:
- фрагментоване паливо різного ступеня дисперсності, частинки якого відрізняються за ступенем окиснення, оскільки у процесі вибухового викиду розігріте паливо взаємодіяло з киснем. За даними роботи [332] відношення U4+/U6+ у складі паливних випадінь ближньої зони варіює в межах 0,6-1,7;
- паливно-графітові конгломерати: основна частина осколкових радіонуклідів пов'язана з цими випадіннями. За даними рентгенівського мікроаналізу для багатьох частинок відзначається просторова асоціація урану з вуглецем;
- паливо, вкраплене в матриці конструкційних матеріалів: Fe, Zr, Cu;
- надзвичайно дрібнозернисті частинки алюмосилікатного складу, що містять, як правило, постійну домішку вуглецю;
- конденсаційні частинки, що утворилися у паро-газовому струмені над пошкодженим енергоблоком. На відміну від паливних, конденсаційні частинки матриці не мають, а конденсуються на окислах металів і неметалів, вуглецевих сполук.
Загалом виділяється два основних типи Чорнобильських випадінь: паливні (137Cs/144Ce ? 0,05)