Навігація
Головна
ПОСЛУГИ
Авторизація/Реєстрація
Реклама на сайті
 
Головна arrow Екологія arrow Самоочищення природного середовища після чорнобильської катастрофи
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Техногенні передумови самоочищення радіаційно забруднених наземних екосистем

Склад і форми випадінь

Серед техногенних аварій вибух на 4-му енергоблоці Чорнобильської АЕС у квітні 1986 р. утримує провідне місце у світі за віддаленими соціально-економічними, медико-біологічними та екологічними наслідками. Протягом 10 діб у навколишнє середовище надійшло близько 3 • 1018 Бк радіоактивних елементів з періодом піврозпаду 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 блока 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 першій стадії відповідав опроміненому ядерному паливу, збагаченому леткими ізотопами йоду, телуру, цезію, благородних газів. При цьому 26–27 квітня напрямок вітру знаходився у секторі 230– 320°, а сила його сягала 8 м • с-1 [19], що спричинило утворення західного сліду.

Під час 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 за температури до 3000 °С. Широка різноманітність вкинутих матеріалів, висока температура всередині палаючого реактора та значні варіації окисно-відновних умов призвели до формування та випадіння у ближній зоні гарячих частинок – носіїв радіоактивності переважно силікатного складу, радіонуклідний склад яких близький до складу опроміненого палива. Роза вітрів у той

Таблиця 2.1

Оцінка радіонуклідного складу викиду аварійного блока ЧАЕС

Нуклід

Період піврозпаду

Активність викиду, Бк

Частка активності, викинута за межі реактора, %

133Хе

5,3 доби

1,67 • 1018

Можливо, до 100

85mKr

4,4 год

5,55 • 1015

Те саме

85Kr

10,76 год

3,33 • 1016

" "

131I

8,04 доби

2,70 • 1017

20

l32Te

78,2 год

4,05 • 1017

15

134Cs

2,062 року

1,85 • 1016

10

137Cs

30 років

3,70 • 1016

13

99Mo

66 год

1,11 • 1017

2,3

95Zr

63,98 доби

1,41 • 1017

3,2

103Ru

39,28 доби

1,18 • 1017

2,9

106 Ru

368,2 доби

5,92 • 1016

2,9

l40Ba

12,74 доби

1,59 • 1017

5,6

141Ce

32,501 доби

1,04 • 1017

2,3

144Ce

284,3 доби

8,88 • 1016

2,8

89Sr

50,5 доби

8,14 • 1016

4,0

90Sr

29,12 року

8,14 . 1015

4,0

238Pu

87,74 року

2,96 • 10і3

3,0

239Pu

24 065 років

2,59 • 1013

3,0

240Pu

6537 років

3,70 • 1013

3,0

241Pu

14,4 року

5,18 • 1015

3,0

242Pu

379 000 років

7,40 • 1010

3,0

242Cm

162,5 доби

7,77 • 1014

3,0

239Np

2,355 доби

4,44 • 1016

3 2

Стадії радіоактивного викиду з 4-го енергоблока ЧАЕС

Рис. 2.1. Стадії радіоактивного викиду з 4-го енергоблока ЧАЕС

період зумовила формування західного, південного та північного “паливних” слідів викиду (рис. 2.2).

На 5-ту добу після аварії, коли швидкість викиду почала збільшуватися, було відзначено близькі значення швидкості викиду тугоплавких і летких радіонуклідів, що могло бути зумовлено процесами карбідизації ядерного палива, утворенням летких карбонілів урану і плутонію. Третя стадія характеризувалася швидким наростанням потужності виходу продуктів поділу урану за межі реакторного блока. Спочатку виносились переважно леткі компоненти, зокрема 131I, 103+106Ru, l34+l37Cs, що зумовило формування конденсаційних випадінь, затим радіонуклідний склад викиду знову наблизився до складу опроміненого палива (на 06.05), що було спричинено розігрівом палива в активній зоні реактора до температури понад 1700 °С унаслідок залишкового тепловиділення. При цьому через температурно залежну міграцію продуктів поділу та хімічні перетворення оксиду урану відбувалися витікання продуктів поділу урану з паливної матриці та їх 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 активність радіоактивних викидів швидко знижувалася: 09.05 до 3,7 • 1014, 23.05 – до 7,4 • 1011 Бк/добу. Тому вважається, що викид радіоактивних речовин із аварійного реактора в основному завершився 06.05.1986 і становив близько 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 % 131І, 12–30 % 134,137Cs та 3–4 % нелетких радіонуклідів [197, 430].

Отже, надходження нелетких радіонуклідів у навколишнє середовище було спричинено випадінням опроміненого палива у таких 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 С.І. Чебаненка [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, постійний домішок вуглецю;
  • • конденсаційні частинки, що утворилися у парогазовому струмені над пошкодженим енергоблоком. На відміну від паливних, конденсаційні час-

Форми радіоактивних випадінь

Рис. 2.2. Форми радіоактивних випадінь:

1 – переважно паливні; 2 – паливно-конденсаційні; 3 – переважно конденсаційні; 4 – межа Зони відчуження

тинки не мають матриці, а конденсуються на поверхні оксидних металів і неметалів, вуглецевих сполук.

Загалом виділяється два основних типи чорнобильських випадінь: паливні (l37Cs/144Ce ≈ 0,05) та конденсаційні (137Cs/l44Ce ≈ 4) [274]. Перший тип характерний для ближньої зони випадінь, з віддаленням від аварійного реактора переважає другий тип (рис. 2.2). Електронномікроскопічні знімки гарячих частинок, отримані за участю проф. А.А. Вальтера [37], наведено на рис. 2.3.

Порівняння радіонуклідного складу ґрунтів і частинок, відібраних на західному сліді випадінь у ближній зоні ЧАЕС (табл. 2.2), дає змогу дійти таких висновків.

Радіонуклідний склад ґрунтів змінюється в межах одного порядку. При цьому активність відібраних з них частинок становить від одиниць до десятків тисяч бекерель. За співвідношенням вмісту 144Се в ґрунті і частинках проведено оцінку питомого змісту гарячих частинок у ґрунтах ближньої зони ЧАЕС: від 2 до 24 тис. частинок • кг-1 або 50–400 тис. частинок • м-2 [96]. Такі значні варіації зумовлені насамперед мікроконгломеративним складом частинок. Всі відібрані частинки (35) мали складну будову, а розмір істинних носіїв активності становив 1–80, в основному 1–3 мкм.

Концентровані носії активності – це мікроконгломерати уламкових зерен кварцу, польового шпату, шаруватих силікатів, черепашок діатомей, конденсаційних порожнистих кульок діоксиду кремнію, кульок заліза, фрагментів органічних залишків тощо (рис. 2.3). Безпосередньо носіями активності є істотно уранові частинки розміром 1–80 мкм. У тонкій суміші з оксидом U присутня, напевно, металева фаза тонкодисперсного U або суміші Zr і Zn. За поширенням ліній на мікродифрактограмах електронів розмір блоків когерентної відстані можна оцінити в L < 10 нм. У разі включення частинки у шаруваті силікати в їх спектрах характеристичного рентгенівського випромінювання відзначається слабкий сигнал U, що, ймовірно, відповідає сорбованій формі цього елемента. Найбільша частинка (рис. 2.3, а, б) мала вигляд півсфери. Детальний опис радіометричних та електронномікроскопічних досліджень, гарячих частинок, відібраних з ґрунтів ближньої зони ЧАЕС, наведено у працях [37, 96].

З 568 проаналізованих паливних частинок, відібраних із ґрунтів, захоронених у сховищі “Рудий ліс”, 150 мали матрицю UOx, 418 – Zr–О–U- матрицю, що становило 74 % загальної кількості частинок. Паливні частинки зі Zr–О–U-матрицею утворилися внаслідок взаємодії між ядерним паливом і цирконовими стрижнями під час аварії. Розмір частинок з UOx- матрицею – 1,1–34, з матрицею Zr–О–U – 0,8–76 мкм. Проте 87% перших і 95 % других мали розмір, менший за 10 мкм [358]. Ці дані добре узгоджуються з даними, отриманими нами протягом перших років після Чорнобильської катастрофи [37, 96].

Паливні частинки зерен (кристалітів) оксиду урану з медіанним радіусом 2–3 мкм можна розбити на два види [158]:

• неокиснені паливні частинки першого викиду 26.04.1986, які сформували вузький західний слід (10–15 % активності паливних частинок за межами проммайданчика);

Рис. 2.3.

Радіонуклідний склад грунтів і гарячмх частинок західного сліду ближньої зони ЧАЕС

Тип ґрунту

Об'єкт

Одиниця виміру

144Се

106Ru

Дерново-слабопідзолистий глеюватий супіщаний

Ґрунт

Бк/кг

1,2 • 107

2,0 • 10б

Частинки

Бк/част.

Дерновий опідзолений супіщаний

Ґрунт

Бк/кг

2,7 • 107

4,1 • 106

Частинки

Бк/част.

Дерновий глибокий глейовий глинистопіщаний

Ґрунт

Бк/кг

1,1 • 106

2,9 • 105

Частинки

Бк/част.

Торф'яно-болотний

Ґрунт

Бк/кг

4,1 • 107

5,6 • 106

Частинки

Бк/част.

Примітка. Над рискою – граничні значення, під рискою – середнє арифметичне, у тинок.

• частинки, утворені внаслідок окиснення ядерного палива в період 26.04 – 05.06.1986, які сформували північний (60–70 % активності) та південний (20–25 % активності) сліди паливних випадінь (див. рис. 2.2).

Радіонукліди 90Sr, 238-241Pu, 241Am були викинуті з реактора здебільшого у складі паливних частинок (понад 90 % активності). Переважна частина 137Cs у межах Зон відчуження також первинно знаходилася у складі паливних частинок: понад 75 % у межах 10-кілометрової зони та понад 50 % – на західному та південному слідах викиду в межах 30-кілометрової зони навколо аварійного реактора.

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Банківська справа
БЖД
Бухоблік та Аудит
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Менеджмент
Нерухомість
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
РПС
Соціологія
Статистика
Страхова справа
Техніка
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Інші