ВВЕДЕНИЕ. Учебное пособиеПод редакцией А.В

ВОПРОСЫ ДОЗИМЕТРИИ

И РАДИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

НА АТОМНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

СТАНЦИЯХ

Учебное пособиеПод редакцией А.В. Носовского

УКРАТОМИЗДАТСлавутич

УДК 628.518: 539.16.04

Рецензенты: академик HAH Украины, проф. В.Г.Барьяхтар, чл.-корр. HAH Украины, докт.техн.наук А.А. Ключников.

Авторы: Алексеев А.А., Андреев В.В., Бадовский В.П.,

Гарин Е.В., Глыгало В.H., Носовский А.В., Осколков Б.Я., Попов А.А., СейдаВ.А.,

Шостак В.Б.

Рассмотрены основы дозиметрии и принципы обеспечения радиационной безопасности, особенности ядерных энергетических установок как технических объектов повышенной радиационной опасности. На основании опыта ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС, законодательных и нормативных актов Украины, а также в соответствии с последними рекомендациями МАГАТЭ, НКДАР, МКРЗ, представлена концепция приемлемого риска, основы нормирования ионизирующих излучений, зашиты и организации радиационного контроля на АЭС.

Для специалистов служб радиационной безопасности и зашиты предприятий атомной промышленности, научных и практических работников, проектантов, работников медицинских и санитарно-эпидемиологических служб, а также студентов учебных заведений, изучающих основы дозиметрии и радиационной зашиты.

ISBN 966-95513-0-7

Вопросы дозиметрии и радиационная безопасность на атомных электрических станциях. Учебное пособие.

© Под редакцией А.В. Носовского© " Укратомиздат", Славутич, 1998.

ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА

За 100 лет, прошедшие после открытия явления радиоактивности, практически не осталось областей народного хозяйства, где не применялись бы источники ионизирующих излучений. В промышленности и медицине, оборонном комплексе и транспорте, науке и сельском хозяйстве используются ядерные энергетические установки, мощные и малые гамма-стационарные и передвижные установки, аппараты лучевой терапии, дефектоскопы, различные измерители и сигнализаторы, электрокардиостимуляторы и счетчики предметов.

Одной из самых важных областей использования источников ионизирующих излучений является атомная энергетика. На территории Украины находятся пять атомных электрических станций (АЭС) с реакторами типа ВВЭР и РБМК, на которых вырабатывается до 40% производимой в стране электроэнергии. Авария на Чернобыльской АЭС в1986 году в определенной степени вызвала недоверие общественных слоев населения к атомной энергетике в целом, в результате чего произошло снижение темпов ввода в эксплуатацию новых АЭС. В 1991 году Парламентом Украины было принято решение о моратории на развитие атомной энергетики, которое просуществовало до 1994 года. Последствия этого моратория в полной мере до сих пор не оценены, но можно сказать, что это существенно сказалось на престиже атомной энергетики в целом и привело к колоссальным экономическим потерям для Украины.

Но авария на Чернобыльской АЭС явилась и тем позитивным толчком, который послужил началом целого ряда работ по переоценке уровня безопасности АЭС, разработке и внедрению дополнительных мероприятий по повышению безопасности реакторов, принципов культуры безопасности и новых методов радиационной защиты. Сегодня, через двенадцать лет после аварии, можно с уверенностью сказать, что опыт проведения работ по ликвидации ее последствий позволил значительно усовершенствовать системы радиационной защиты на атомных электростанциях и обеспечить их готовность к действиям в чрезвычайных ситуациях. Специфика проблемы безопасности применительно к ядерным энергетическим установкам определяется в основном тем обстоятельством, что с ней связана потенциальная опасность нанесения радиационного ущерба обществу и окружающей среде. Поэтому вопросы развития атомной энергетики, использования источников ионизирующих излучений в медицине и других отраслях народного хозяйства Украины неразрывно связаны с проблемой радиационной защиты персонала, населения и окружающей среды. Важное значение при этом приобретают количественные характеристики поля ионизирующего излучения, физические величины, определяющие последствия воздействия излучения на организм человека, окружающую среду, а также методы и средства их измерения. Свойства и особенности воздействия ионизирующего излучения на организм человека определяют специфику разработки формы методов защиты. К ним относятся нормирование дозиметрических величин, разработка системы профилактических организационно-технических мероприятий и подготовки квалифицированных кадров, правового регулирования, связанного с обеспечением радиационной безопасности и охраны окружающей среды.

Одним из основных выводов по анализу аварии на Чернобыльской АЭС был сделан вывод о низком уровне культуры безопасности, существовавшем на тот момент на АЭС страны. Знание и сознательное отношение каждого человека из числа персонала АЭСк вопросам радиационной безопасности и защиты имеет принципиальное значение в достижении задачи ограничения профессионального облучения и повышения уровня безопасности в целом. Нарушение принципов культуры безопасности автоматически отражается на достигнутом уровне радиационной защиты на АЭС и наоборот. В этой связи актуальным является вопрос об уровне культуры безопасности, необходимым элементом которой должно быть понимание природы опасных факторов, сопутствующих развитию ядерных технологий. Пути повышения культуры безопасности разнообразны, но применительно к специалистам, непосредственно работающим в условиях ионизирующих излучений, все они связаны с подготовкой, переподготовкой и постоянным повышением квалификации в области радиационной безопасности, дозиметрии и методов зашиты. Возвращаясь к анализу причина аварии на ЧАЭС можно констатировать, что вопросы дозиметрии и радиационной защиты в аварийных ситуациях приобретают жизненно важное значение, ибо от них зависит выбор правильных действий и технических решений, направленных на ликвидацию последствий аварии, включая сохранение здоровья людей.

Внедрение основных принципов культуры безопасности на высшем, правительственном уровне Украины в течение последних лет можно продемонстрировать принятием таких законодательных документов как " Закон Украины об использовании ядерной энергии и радиационной безопасности", " Закон Украины об охране труда", " Закон Украины об обращении с радиоактивными отходами", " Закон Украины об охране окружающей среды". Принимаются меры по обновлению и разработке новой нормативной базы в области обеспечения безопасности ядерных реакторов. Но, к сожалению, на самих атомных станциях и других предприятиях, проводящих работы с источниками ионизирующих излучений и имеющих ведомственные службы радиационной защиты, отсутствуют пособия для подготовки персонала по вопросам радиационной безопасности, дозиметрии, защиты от ионизирующих излучений, в которых учтены новые международные рекомендации МАГАТЭ, МКРЗ, НКДАР, национальная законодательная и нормативная база Украины. Издание настоящей книги является первой попыткой устранить этот недостаток и оказать практическую помощь в подготовке персонала предприятий по вышеперечисленным вопросам.

Структура книги, предложенная авторами, не является единственно возможной и соответствует сложившемуся у них представлению о порядке изложения различных аспектов дозиметрии и радиационной безопасности.

В издании ограниченного объема конечно невозможно в равной степени подробно рассмотреть все аспекты дозиметрии и радиационной безопасности, тем не менее, оно составлено достаточно полно, с использованием всего накопленного опыта авторов, которые знают проблему не только по учебным пособиям, а и на основании собственных знаний и опыта безопасного сопровождения работ, связанных с эксплуатацией ядерных энергетических установок и ликвидацией аварий на различных радиационных объектах, в том числе и на Чернобыльской АЭС.

В настоящем издании в довольно доступной форме изложены основы дозиметрии, вопросы взаимодействия ионизирующих излучений с веществом и их биологическое воздействие на организм человека, концепция приемлемого риска и принцип ALARA, основы нормирования ионизирующих излучений и методы защиты. Приведено описание методов регистрации ионизирующих излучений и применяющихся в практических целях приборов радиационного контроля, а также их метрологии. Особое место отведено методам радиационного контроля при радиационных авариях, организации служб радиационной защиты на предприятии, обеспечению радиационной безопасности населения и окружающей среды.

Издание предназначено, в первую очередь, как учебное пособие для подготовки в учебно-тренировочных пунктах АЭС специалистов служб радиационной защиты, ремонтного и эксплуатационного персонала АЭС по вопросам радиационной безопасности. Книга может быть полезна аспирантам, научным и практическим работникам, проектантам, работникам медицинских и санитарно-эпидемиологических служб, другим специалистам, работа которых связана с источниками ионизирующих излучений, а также в качестве учебного пособия для студентов учебных заведений, изучающих основы дозиметрии и радиационной защиты. Книга окажется полезной для инженерно-технических работников, желающих пополнить и систематизировать свои знания в рассматриваемой области.

1998

ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРОВ

В настоящее время нет никакой серьезной альтернативы ядерной энергетике. Пока еще не найдены технически эффективные и экономически выгодные пути использования неисчерпаемых запасов солнечной энергии. Что касается органического топлива, то его запасы неуклонно сокращаются и находятся на грани полного истощения. Наряду с этим органическое топливо экологически вредно. При сжигании в топках тепловых электростанций каменного угля, нефти или газа потребляется много кислорода, выбрасываются в атмосферу значительные количества пыли, сажи и сернистого газа. Будущее цивилизации немыслимо без мирного использования ядерной энергии. Только развитие ядерной энергетики может обеспечить всевозрастающие потребности человечества в электрической и тепловой энергии.

Основа ядерной энергетики — ядерный реактор — является мощным источником радиоактивного излучения. Избежать этого излучения нельзя, так как оно сопровождает все физические процессы; лежащие в основе нормально работающего ядерного реактора. Образующиеся в реакторе продукты деления и актиноиды в течение длительного времени сохраняют высокую активность. Поэтому встает вопрос первостепенной важности о том как избежать воздействия радиоактивного излучения на здоровье людей или свести его к минимально приемлемому.

Почти полувековой опыт мирного использования атомной энергии неопровержимо подтверждает, что хорошо продуманная система радиационной зашиты надежно предохраняет человека и объекты окружающей среды от вредного воздействия радиации. В частности, число несчастных случаев и профессиональных заболеваний среди работающих на АЭС и в атомной промышленности несравненно меньше, чем в любой другой отрасли промышленности. Подавляющее число работников атомных электростанций облучается вдозах намного меньше допустимых.

Радиоактивные выбросы АЭС и других объектов атомной промышленности значительно ниже регламентируемых. Это несомненный успех больших коллективов проектировщиков, ученых, физиков, инженеров и техников, которые решили сложный комплекс научно-технических, гигиенических и радиобиологических проблем радиационной безопасности.

Специалисты подразделений по обеспечению радиационной безопасности, изучив данное пособие, смогут на более квалифицированном уровне обладать теоретическими познаниями о строении атома, о радиоактивности, об основных свойствах ионизирующих излучений и методах их регистрации, о биологическом действии ионизирующих излучений, о способах и средствах защиты от их вредного воздействия, об устройстве дозиметрических и радиометрических приборов, применяемых ими в своей работе. Они будут иметь основные понятия о работе атомной станции по широкому кругу вопросов, начиная с элементарной теории ядерного реактора и основных физических процессов, протекающих в активной зоне реактора, и кончая описанием различных типов ядерных энергетических установок (ЯЭУ), главным образом используемых на АЭС, их основного технологического оборудования, а также о проблемах обеспечения безопасности ЯЭУ. Кроме того, они также будут обладать соответствующими практическими навыками для осуществления контроля за состоянием радиационной безопасности на рабочих местах, на АЭС в целом и на территории санитарно-защитной зоны.

Усвоение в объеме пособия теоретических знаний и практического опыта позволит специалистам не только успешно выполнять свои прямые должностные обязанности, но и принимать профессиональное участие в повышении уровня радиационной безопасности при эксплуатации атомной станции.

Спектр требований, предъявляемых к квалифицированному персоналу АЭС, связанному с вопросами радиационной безопасности, определил круг вопросов, освещенных в главах настоящего издания. Авторы старались осуществить это достаточно полно и с учетом современного состояния дел и достижений науки во всех затронутых областях знаний и по всем затронутым вопросам.

Материал книги рассчитан на читателя, имеющего предварительную подготовку по курсам математики и физики в объеме программы высшей технической школы, и направлен на познавательный, учебный аспект проблемы создания и поддержания на современном уровне системы подготовки специалистов радиационной защиты ядерной отрасли Украины. О том, насколько изложенный материал развивает представление о принципах радиационной безопасности и способствует пониманию проблемы, авторы предоставляют судить специалистам, непосредственно занятым на этих работах. Нам остается лишь выразить надежду на то, что книга окажется полезной в этом отношении.

Авторы выражают благодарность специалистам Межотраслевого Научно-технического Центра " Укрытие" Национальной Академии Наук Украины, Чернобыльской АЭС, Славутичской лаборатории международных исследований и технологий за оказанную большую помощь при написании рукописи, а также Толкач E.П. за оформление и подготовку к печати настоящей книги.

Авторы считают своим приятным долгом выразить признательность рецензентам —академику HAH Украины, профессору В.Г.Барьяхтару и члену-корреспонденту HAHУкраины, доктору технических наук А.А.Ключникову — за ценные замечания по рукописи книги, которые учтены авторами при подготовке окончательной редакции.

Авторы рассчитывают и заранее благодарны за все критические отзывы и предложения, которые в дальнейшем помогут улучшить качество книги.

Алексеевым А. А., Андреевым В.В. и Сейдой В.А. написаны главы 1 и 3; Поповым AA. —главы 2 и 8; Бодовским В.П., Гариным E.В., Глыгало В.И. и Шостак В.Б. — главы 4, 5 и 10, Носовским А.В. — главы 6, 7 и 9; Осколковым Б.Я. — глава 11.

ВВЕДЕНИЕ

Прикладная ядерная физика, ядерные технологии и промышленное использованиеисточников ионизирующих излучений находят все более широкое применение в различныхобластях науки и техники. Дозиметрия ионизирующих излучений является самостоятельнымразделом прикладной ядерной физики. Методы дозиметрии и зашиты от ионизирующихизлучений применяются везде, где производятся работы с радиоактивными источниками, ватомной энергетике при проектировании, эксплуатации и снятии с эксплуатации ядерныхэнергетических установок.

Дозиметрия имеет дело с такими физическими величинами, которые связаны с ожидаемымрадиационным эффектом. Установление связи между измеряемой физической величиной иожидаемым радиационным эффектом является важнейшим свойством дозиметрическихвеличин. Основная задача дозиметрии — определение дозы излучения в различных материалах, средах и особенно в тканях живого организма с целью выявления, оценки и предупреждениявозможной радиационной опасности для человека. Иначе, основная задача дозиметриисводится к обеспечению радиационной безопасности при проведении работ в условияхионизирующих излучений.

Ядерная энергетическая установка считается безопасной, если ее радиационное воздействиена персонал, население и окружающую среду в процессе нормальной эксплуатации ипроектных авариях не приводит к превышению установленных доз облучения персонала инаселения и нормативов по выбросам и сбросам радиоактивных веществ в окружающуюсреду, а также ограничивает это воздействие при запроектных авариях. Это качествореализуется с использованием специальных норм и правил по безопасности при проведенииработ с источниками ионизирующих излучений.

Обеспечение правил радиационной безопасности и методов радиационной защитыпозволяет выполнять главную задачу безопасной эксплуатации ядерной энергетическойустановки.

Радиационная безопасность — это соблюдение допустимых пределов радиационноговоздействия на персонал, население и окружающую природную среду, установленныхнормами, правилами и стандартами по безопасности.

Радиационная защита — это совокупность радиационно-гигиенических, проектно-конструкторских, технических и организационных мероприятий, направленных на обеспечениерадиационной безопасности.

Радиационная защита при проведении работ с источниками ионизирующих излученийосновывается на следующих основных принципах·

• не может быть разрешена никакая деятельность, связанная с ионизирующимизлучением, если конечная выгода от такой деятельности не превышает причиненного еюущерба;

• величина индивидуальных доз, количество облучаемых лиц и вероятность облученияот любого из видов ионизирующего излучения должны быть самыми низкими из тех, которыеможно практически достичь с учетом экономических и социальных факторов;

• облучение отдельных лиц от всех источников и видов деятельности в итоге не должнопревышать установленных дозовых пределов

Особое значение в дозиметрии уделяется вопросу нормирования доз облучения. Впервыезначение допустимой дозы были предложены в 1902 году и составляли 10 Рад в сутки.За прошедшие годы эта величина постоянно изменялась в сторону уменьшения и согласно60-й публикации МКРЗ 1993 года рекомендуется устанавливать основной дозовый пределдля персонала 20 мЗв за год, для подростков 16 — 18 лет, работающих в атомнойпромышленности 6 мЗв за год, а для всего населения — 1 мЗв за год. К сожалению, нынешнеесостояние проблемы установления значения предела дозы находится в большей степени подвлиянием политиков и отдельных авторитетов. Заметим, что значение годовой дозыв 1 мЗв — это величина, равная среднему природному радиоактивному фону на Земле.Однако, на земном шаре есть населенные районы, например в Индии, Иране и ЮжнойАмерике, где природный радиационный фон в 10 и100 раз выше за счет выхода на поверхностьнекоторых горных пород. Тем не менее, у проживающих там людей никаких патологий, связанных с получением повышенных доз облучения, не выявлено.

В Украине до последнего времени действовали официально принятые нормы радиационнойбезопасности НРБ-76/87, регламентирующие основной дозовый предел для персонала50 мЗв за год. К началу 1998 года разработаны " Нормы радиационной безопасностиУкраины (НРБУ-97)", основанные на последних рекомендациях МКРЗ.

Ни одна широко используемая в мировой практике технология на сегодняшний день неможет сравниться с радиационной по полноте и качеству предъявляемых к ней требований инормативов. При обязательном выполнении этих требований можно с достаточно высокойвероятностью гарантировать безопасную эксплуатацию радиационных и ядерных технологийобеспечить высокий уровень здоровья персонала и экологически чистую среду обитания

Дозиметрия и радиационная безопасность является довольно точной прикладнойнаукой, однако ее приложения могут быть столь многообразны и нестандартны, что требуетсяглубокое понимание и взвешенный подход при использовании полученных результатов вкачестве определенных критериев при принятии тех или иных решений.

Незнание основ дозиметрии и радиационной безопасности порождает неуверенность, беспокойство и страх. Необоснованный страх перед ионизирующим излучением приобрелнастолько выраженный и действительно опасный характер, что может сравниться только споследствиями коренных ломок общественных и государственных структур. И совсемопасно, когда эти явления сочетаются и взаимно усиливают друг друга. У несколькихмиллионов человек, проживающих на территориях, подвергшихся радиоактивномузагрязнению в результате аварии на Чернобыльской АЭС, сформировалось стойкое состояниепсихической напряженности и страха. Государство под давлением общественности и отдельных политических авторитетов вынуждено разрабатывать многозатратные и часто по сути своейнеобоснованные программы социальной зашиты людей, пострадавших от радиации. Авторыэтих программ, не владея современной методологией радиационной защиты, не смоглипроизвести расчеты пользы и вреда от внедрения этих программ. Концепция зашиты населения, состоящая в обязательном переселении населения с территорий, подвергшихсярадиоактивному загрязнению, при возможности получения дозы 7 бэр за всю жизнь, нанесладовольно большой ущерб как для экономики страны, так и для населения. Максимальнаяпольза от этого переселения за счет профилактики рака и наследственных поражений составитв среднем на одного человека 35 суток по сравнению с 25000 суток всей жизни человека. Иэто было бы замечательно, если бы не пришлось расплачиваться при этом неизбежной потерейнационального дохода на 20 человеко/лет и, что особенно важно, потерей около 8

человеко/лет жизни вследствие снижения интеграла здоровья без учета прямых потерь оттравматизма во время процесса переселения. Таким образом, при проведении акциипереселения мы реально спасаем одного человека ценой 300 жизней.

Все это обязывает общество развивать и совершенствовать знания в вопросах воздействияизлучения на организм человека, искать новые методы и средства измерения дозиметрическихвеличин, основанные на понимании физических явлений при взаимодействии излучений свеществом и делает эту область знаний увлекательной, требующей творческого подхода иприменения стандартных и нестандартных научных методов исследования.

В настоящей книге обобщены литературные данные и результаты собственного опытаавторов, позволяющие подойти к применению на практике задач дозиметрии и радиационнойбезопасности.