Методы обследования радиационно-опасных объектов в чрезвычайных ситуациях
ФГУ РНЦ «Курчатовский институт»
На правах рукописи
ЧЕСНОКОВ АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ
МЕТОДЫ ОБСЛЕДОВАНИЯ РАДИАЦИОННО-ОПАСНЫХ ОБЪЕКТОВ В
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ
05.26.02 – Безопасность в чрезвычайных ситуациях (энергетика, проблемы флота)
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
Москва — 2011
Работа выполнена в Российском научном центре “Курчатовский институт”.
Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Арутюнян Рафаэль Варназович;
доктор физико-математических наук, профессор Полуэктов Павел Петрович;
доктор технических наук, Тутнов Александр Александрович.
Ведущая организация: Государственное унитарное предприятие города Москвы – объединенный эколого-технологический и научно-исследовательский центр по обезвреживанию РАО и охране окружающей среды (ГУП МосНПО «Радон»).
Защита состоится “” _ 2011 г. в часов мин. на заседании диссертационного совета Д 002.070.01 при Институте проблем безопасного развития атомной энергетики Российской академии наук по адресу: 115191, Москва, ул.
Б.Тульская, д. 52.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института проблем безопасного развития атомной энергетики Российской академии наук.
Автореферат разослан “_” _ 2011 г.
Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н. Калантаров В.Е.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Российская система государственных гарантий безопасности в области использования атомной энергии, базирующаяся на «Основах государственной политики в области обеспечения ядерной и радиационной безопасности Российской Федерации на период до 2010 года и дальнейшую перспективу», утвержденных Президентом РФ 4 декабря 2003 года, в настоящее время должна обеспечить реализацию концепции социально приемлемого риска, повышение защищенности ядерных объектов и материалов в условиях усиления террористических угроз, поддержание необходимого уровня готовности сил и средств для ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций, а также террористических актов, контроль транспортирования радиоактивных и делящихся материалов на территории РФ.
Инструментом практической реализации Основ государственной политики является федеральная целевая программа «Обеспечение ядерной и радиационной безопасности на 2008 год и на период до 2015 года», утвержденная постановлением Правительства Российской Федерации от 13 июля 2007 года.
К настоящему времени большинство ядерных стран уже в течение ряда лет занимаются ликвидацией своего ядерного наследия с целью снизить риск радиационного воздействия на окружающую среду и население, а также существенно ограничить возможность возникновения непредвиденных и чрезвычайных ситуаций на объектах хранения РАО и при проведении реабилитационных работ. В последние годы в России также начаты масштабные работы по реабилитации временных хранилищ РАО, выводу из эксплуатации ядерно- и радиационно-опасных объектов, являющиеся завершающей стадией жизненного цикла каждого ядерного или радиационного объекта. Особое внимание уделяется ликвидации радиационно-опасных объектов, сооруженных в нашей стране в период развития атомной энергетики и разработки ядерного оружия. Эти работы приводят к резкому возрастанию объемов хранения РАО и риску возникновения чрезвычайных ситуации при обращении с ними.
В ходе работ по ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций на ядерно- и радиационно-опасных объектах возникает необходимость получения точных данных об уровнях загрязнения объектов и территорий, поэтому разработка методов и адаптация средств измерений к конкретным условиям их выполнения является важнейшей задачей в условиях проведения неотложных мер. Именно на решение этих задач направлена данная диссертационная работа.
Диссертация включает в себя экспериментальные исследования и разработки, выполненные в рамках работ по ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС, результаты измерений, выполненных в загрязненных помещениях 4-го блока, результаты радиационного обследования поймы р. Теча, а также измеренные данные о загрязнении объектов Кирово-Чепецкого химического комбината. Исследования направлены на практическое обоснование, создание новых и совершенствование имеющихся методик и средств измерений для проведения радиационного обследования объектов в случае возникновения на них радиоактивного загрязнения в результате чрезвычайных ситуации. Включают в себя отработку методов калибровки измерительных устройств, автоматизацию процесса выполнения самих измерений с целью повышения эффективности и производительности, а также наглядности представления результатов.
Основной задачей начального этапа работ по ликвидации последствий аварии на радиационно-опасном объекте является проведение радиационного обследования с целью получения достоверной информации о радиационной обстановке как внутри объекта, так и на прилегающих территориях. Данные радиационного обследования служат основой для принятия решений о дальнейших мероприятиях по реабилитации объекта и ликвидации последствий чрезвычайной ситуации. Совершенствование и последовательное развитие методов, средств измерения, методов обработки и представления данных об уровнях радиоактивного загрязнения объекта в условиях чрезвычайных ситуаций становятся эффективным комплексным мероприятием текущего момента и на перспективу, для обеспечения высокой степени защиты персонала, населения и окружающей среды от радиационного воздействия. Защита персонала, населения и окружающей среды, смягчение последствий от возможных радиационных аварий, реабилитация радиоактивно загрязненных территорий и объектов предполагает применение новых высокоэффективных средств радиационного контроля. Создание баз данных по радиоактивному загрязнению отслуживших свой срок объектов и обеспечение их автоматизированными средствами измерения радиационной обстановки являются порой единственным и практически реализуемыми мероприятиями, компенсирующими дефицит безопасности стареющих ядерно- и радиационно-опасных объектов.
Основной целью работы явилось экспериментальное обоснование, разработка методов измерения и применение радиометрических средств определения уровней загрязнения территорий и объектов - и -излучающими радионуклидами, их практическая апробация, отработка последовательности и способов их применения с целью скорейшего получения данных об их радиоактивном загрязнении в условиях чрезвычайных ситуаций. Разработан набор измерительных средств, допускающий первичную обработку данных, их хранение, наглядное представление для целей принятия решения о последовательности реабилитационных действий, контроля их выполнения и оценки их эффективности.
Актуальность работы Планирование реабилитационных действий при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций на радиационно-опасном объекте требует проведения тщательного радиационного обследования, задачами которого является сбор в кратчайшие сроки достоверных данных о радиоактивном загрязнении объекта.
Решить эти задачи, призваны методы и средства измерения, разработанные в ходе работ над данной диссертацией. Результаты измерений, полученные разработанными средствами, верифицированы сравнением с данными традиционных методов обследования. Разработаны методы обработки результатов, способы их хранения и представления в виде удобном для принятия обоснованных решений о порядке реабилитационных действий в условиях чрезвычайных ситуаций, мерах защиты населения и персонала, а также объектов окружающей среды. Предложенные методы оказались эффективными и для контроля радиационной обстановки в ходе выполнения неотложных мероприятий при возникновении аварийной ситуации на ЧАЭС. В ходе выполнения неотложных мероприятий на аварийном объекте отсутствие точных данных о нуклидном составе загрязнения, необходимость безопасного выявления высокоактивных элементов конструкций и отходов при проведении реабилитации требует непрерывного контроля радиационной обстановки.
Высокопроизводительные методы и средства измерений на основе большого объема достоверных данных позволяют быстро изменять последовательность выполнения работ и обеспечивают защиту персонала и окружающей среды от радиационного воздействия, возникающего при обнаружении интенсивных источников фотонного ионизирующего излучения.
Актуальность работы определяется необходимостью в условиях возникающих непредвиденных ситуаций использовать наиболее эффективные и высокопроизводительные методы и средства измерений, позволяющие получить достоверные данные об уровнях загрязнения объекта, нуклидном составе и дозовых нагрузках на персонал и население при выполнении неотложных действий и принятых решений. Разработанные средства измерения основаны на дистанционных методах проведения измерений, допускают их использование для радиационного контроля, диагностики и мониторинга ядерно- и радиационно-опасных объектов при работах по ликвидации негативных последствий их производственной деятельности и в непредвиденных ситуациях. Предложенные методы и средства измерений нашли применение при реабилитации территорий, ликвидации хранилищ радиоактивных отходов (РАО), накопленных за годы развития ядерной энергетики. В современных условиях развития ядерно-промышленного и энергетического комплекса результаты исследований определяют возможности и пути совершенствования существующих и создания новых образцов измерительных комплексов радиационного мониторинга, улучшения их технических, эксплуатационных и других характеристик, являются жизненно важными для снижения вероятности несанкционированного перемещения и применения ядерно- и радиационно-опасных образцов, охраны здоровья персонала и населения, защиты окружающей среды.
Актуальность данных научных исследований предопределяется важностью исполнения правовых документов федерального и регионального уровня:
Постановление Правительства Российской Федерации от 13.07.2008 № 444-р.
Распоряжение Правительства Российской Федерации от 03.02.2005 № 117-р.
Постановление Правительства Москва №641 от 25.08. Стратегия развития атомной энергетики России в первой половине XXI века.
Концепция обращения с радиоактивными отходами в Российской Федерации определяется Законами РФ:
«Об атомной энергии».
«О радиационной безопасности населения».
В основу разработанных измерительных средств радиационного контроля и мониторинга радиоактивного загрязнения положены результаты фундаментальных исследований, полученные при изучении спектральных характеристик излучения плотной плазмы и формировании изображений плазменных объектов в рентгеновском диапазоне спектра излучения. Диагностика, предложенная в ИАЭ им. И.В. Курчатова для регистрации изображений излучающих объектов, была впервые применена и реализована в приборе, названном гаммавизор в ходе работ по ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС. В дальнейшем предложенные методы были использованы за рубежом при создании измерительных комплексов получения изображений объектов, излучающих фотонное ионизирующее излучение. Они также оказались полезными при работах в чрезвычайных ситуациях, выводе из эксплуатации исследовательских реакторов, горячих камер и других радиационных объектов, реабилитации радиоактивно-загрязненных территорий.
В данный момент в ведущих ядерных центрах мира, таких как Saclay и Marculle (Франция), BNFL (Великобритания), РНЦ "Курчатовский институт" (Россия), Hanford (США) и многих других проводятся исследования по разработке средств визуализации источников фотонного ионизирующего излучения и методов измерения уровней загрязнения радиоактивно загрязненных объектов и территорий.
Исследованиями в области создания экспресс-методов и средств измерения распределения полей интенсивных ионизирующих излучений занимаются крупнейшие лаборатории и фирмы во многих странах.
Американские фирмы разработали гаммавизор на основе ПЗС-матриц большого размера (до 100 мм в диаметре). С 2003 года фирма Canberra продала более десятка комплектов регистрирующих блоков гаммавизора, как стандартное средство диагностики при работах на энергетических ядерных установках в условиях высоких уровней загрязнения отдельных помещений и оборудования, в том числе несколько комплектов были использованы при работах на территории РФ. В частности, при работах по удалению отработавшего ядерного топлива с баз утилизации атомных подводных лодок бывшего Советского Союза. Фирма BNFL предоставляет услуги по получению с помощью прибора Radscan, аналогичного гамма локатору, изображений с учетом спектральных характеристик излучения на объектах ядерной промышленности.
В работах по ликвидации хранилищ радиоактивных отходов на территории РНЦ «Курчатовский институт» гаммавизор и гамма локатор, применялись как штатные непрерывно действующие измерительные средства. В настоящий момент они задействованы в работах по выводу из эксплуатации исследовательских реакторов МР и РФТ для идентификации интенсивных источников -излучения в ходе работ по разборке активной зоны реактор МР, удалению облученных блоков из хранилищ и бассейнов выдержки.
В ходе проведения измерений в лабораторных условиях и на местности были предложены методы, а также определена чувствительность предлагаемых средств измерений уровней загрязнения местности. На основе опыта их применения были определены спектральные диапазоны, сравнение скорости счета в которых позволяет определять толщину загрязненного 137Cs слоя почвы и строительных конструкций, измерять толщину чистого слоя вещества, покрывающего слой, содержащий 80% суммарной активности этого радионуклида в веществе.
Предложенные методы были использованы при работах в помещениях загрязненных другими радионуклидами, такими как 226Ra, 238U, были предложены и в полевых условиях опробованы методы и средства измерения бета-излучающих радионуклидов 90Sr, 234mPa.
На основе большого фактического материала, собранного в процессе работ, моделировались последовательность тех или иных реабилитационных действий, определялась их эффективность, оценивались объемы радиоактивных отходов, подлежащих дезактивации и окончательному захоронению. Методики измерений прошли аттестацию в органах Росстандарта и приняты к применению, а приборы сертифицированы как средства измерений. Все разработанные и верифицированные в процессе работ методики и средства измерений могут быть эффективно использованы при проведении обследований в чрезвычайных ситуациях, как территориях, загрязненных в их результате, так и в помещениях, в которых возникли непредвиденные обстоятельства. В результате измерений созданы электронные базы данных по уровням загрязнения территорий, которые представлены в виде карт-планов с точной привязкой распределения поверхностной или удельной активности радионуклидов загрязнителей к объектам и территориям. Такие базы данных допускают математическую обработку, моделирование поставарийных действий, оценки изменения радиационной обстановки после их выполнения.
Кроме того в течение последних двух десятилетий на основе результатов обследования созданы компьютерные базы данных по многим загрязненным объектам и отдельным помещениям этих объектов, которые позволяют проводить математическое моделирование процессов реабилитации, демонтажа и дезактивации оборудования внутри них. Разработанные методики и средства измерений позволили выработать оптимальные пути реабилитации радиоактивно загрязненных помещений и территорий Чернобыльской АЭС. В настоящее время международное сообщество приступает к строительству нового укрытия на Чернобыльской АЭС, и ввиду этого данные по уровням загрязнения отдельных помещений 4-го блока могут оказаться чрезвычайно полезными при строительных работах. Прогноз дозовой обстановки и поглощенных доз, полученных персоналом при производстве тех или иных работ будут полезны при планировании строительства, а применение гаммавизоров и гамма локаторов в процессе работ будут чрезвычайно полезны при реабилитации разрушенного блока ЧАЭС, других загрязненных помещений и радиационно-опасных объектов.
Целью настоящей диссертационной работы является отработка и практическое применение новых методов радиационного контроля и новых средств измерения, которые позволяют оперативно получать информацию о распределении загрязнения в местах производства работ. Большой массив оцененных данных, полученных в ходе радиационного обследования с помощью предложенных средств, позволяет принимать решения по планированию и стратегии неотложных мер и реабилитационных мероприятий. Такие средства измерений отличаются от традиционных применением принципиально новых решений, что позволило существенно повысить их эффективность и снизить время получения результата.
Данные методики и средства измерений основаны на регистрации спектра излучения ограниченных областей пространства в предположении наличия доминирующих радионуклидов, определяющих мощности дозы фотонного ионизирующего излучения на загрязненном объекте или территории. Такие методы дают возможность измерять распределение поверхностной или удельной активности дозообразующих радионуклидов, а также оценивать такие параметры распределения загрязнения в веществе, как глубина проникновения активности в вещество, толщина чистого слоя вещества, покрывающего радиоактивно загрязненный.
Основные задачи
диссертации:
- анализ состояния и формулировка требований к методам и средствам измерения радиационной обстановки при проведении работ в условиях чрезвычайных ситуаций на радиационно-опасных объектах и загрязненных территориях;
- экспериментально обоснование, разработка физических принципов и лабораторное тестирование методов измерений уровней радиоактивного загрязнения объектов и территорий в условиях чрезвычайных ситуаций, построение логики измерительного процесса, определение требований к способам хранения и представления результатов измерений для оперативного принятия оптимальных решений, исходя из полученных данных;
- разработка способов и последовательности калибровки и поверки средств измерений уровней радиоактивного загрязнения;
- разработка логики дистанционно управляемых автоматизированных измерительных комплексов и выполнения измерений с их помощью;
- опытная апробация разработанных средств измерения и измерительных комплексов определения распределения поверхностной или удельной активности при работах по ликвидации радиационных аварий и реабилитации территорий, загрязненных - и -излучающими радионуклидами;
- разработка принципов применения разработанных средств и измерительных комплексов при проведении измерений на территориях, загрязненных - и -излучающими радионуклидами;
- верификация разработанных методов и средств измерения по результатам измерения с помощью традиционных методов определения уровней загрязнения объектов - и -излучающими радионуклидами, такими как лабораторный радиохимический анализ проб грунта и строительных конструкций, полевая гамма спектрометрия и т.д.
- опытная эксплуатация измерительных комплексов при выполнении измерений в условиях чрезвычайной ситуации в помещениях ЧАЭС, проведение измерений на загрязненных территориях Южного Урала, на Подольском заводе цветных металлов, Кирово-Чепецком химическом комбинате;
- использование данных измерений, полученных с помощью разработанных средств радиационного контроля и определения уровней радиоактивного загрязнения территорий для прогнозирования изменения радиационной обстановки в ходе выполнения работ по реабилитации и оценки воздействия ионизирующего излучения на персонал, население и окружающую среду;
- создание баз данных по результатам измерений, полученных разработанными средствами измерений и измерительными комплексами с целью их использования при разработке технических заданий на проекты вывода из эксплуатации и реабилитации радиационно-опасных объектов.
Научная новизна работы:
- предложены и разработаны научные основы создания и совершенствования систем и средств прогнозирования и мониторинга в условиях чрезвычайных ситуаций, предложены и реализованы физические принципы создания новых средств измерения и измерительных комплексов определения уровней загрязнения объектов и территорий - и -излучающими радионуклидами при работах по ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций на радиационно-опасных объектах;
- экспериментально обоснованы и разработаны методики проведения измерений с помощью новых средств измерения и измерительных комплексов радиационного контроля, а также определения уровней радиоактивного загрязнения территорий и радиационно-опасных объектов;
определены минимальные детектируемые активности и погрешности измерения;
- разработанные средства измерения и измерительные комплексы прошли практическую апробацию в работах по ликвидации последствий радиационной аварий на ЧАЭС и реабилитации территорий, загрязненных - и -излучающими радионуклидами;
- разработаны принципы применения данных средств измерения и измерительных комплексов в работах по ликвидации последствий радиационных аварий и реабилитации территорий, загрязненных - и -излучающими радионуклидами с целью выполнения исследований актуальных проблем обеспечения безопасности в чрезвычайных ситуациях техногенного характера;
- предложены и реализованы принципы обработки, хранения и представления результатов, позволяющие оперативно вырабатывать планы неотложных мероприятий и последовательность действий в случае чрезвычайных ситуаций на радиационно-опасном объекте;
- на основе представительного объема информации, измеренной разработанными средствами, проведено моделирование с целью определения оптимальных путей проведения реабилитационных работ;
- разработана концепция реабилитации объектов Кирово-Чепецкого химического комбината, в основу которой положены результаты обследования, выполненные разработанными методами и средствами;
- созданы базы данных по результатам измерений, выполненных на загрязненных территориях поймы р. Теча, населенных пунктов, загрязненных в результате аварии на ЧАЭС служат основой для принятия решений о дальнейших реабилитационных действиях на этих объектах;
- результаты, собранные в виде баз данных и концепции реабилитации позволяют использовать их для разработки научных основ систематики и классификации чрезвычайных ситуаций, ранжирования потенциально опасных объектов по степени опасности для населения и территорий по показателям риска.
Практическая ценность полученных результатов Все разработанные средства измерения и измерительные комплексы были практически использованы в ходе работ по ликвидации последствий аварии на ЧАЭС.
Использовались при проведении измерений на территориях, загрязненных в результате аварии на ЧАЭС, пойме р. Теча в Челябинской и Курганской областях и реабилитации хранилищ «исторических» РАО на территории РНЦ «Курчатовский институт». Последовательно усовершенствованные версии гамма локатора были использованы при обследовании различных помещений 4-го блока ЧАЭС. В частности большой объем измеренной информации получен по результатам обследования реакторного зала 4-го блока. В дальнейшем стационарно установленная версия этого измерительного комплекса была включена в технологический процесс работ по реабилитации объектов и территорий РНЦ «Курчатовский институт».
Гаммавизор применялся при работах ликвидации аварии на ЧАЭС в 1986-1987 годах, при работах по идентификации высокоактивных отходов при ликвидации хранилищ РАО на территории РНЦ «Курчатовский институт». С помощью радиометров «Корад»
выполнен большой объем измерений на территории загрязненной поймы реки Теча, по результатам измерений создан банк данных, содержащий более 100000 результатов, сведенных в виде карт-планов распределения загрязнения. По полученным данным можно судить об уровнях загрязнения почвы 137Cs, глубине проникновения радионуклидов в почву, толщине чистого слоя, покрывающего загрязненный.
Совместно выполненные измерения уровней загрязнения территории поймы 137Cs и Sr позволили оценить суммарное содержание 90Sr в почве по корреляционным коэффициентам, определенным в пределах отдельного населенного пункта.
Результаты радиационного обследования объектов Кирово-Чепецкого химического комбината послужили основой для выработки концепции их реабилитации, позволили предложить необходимые технологии обращения с радиоактивными отходами.
Практическая ценность работы заключается и в том, что все разработанные средства измерений и измерительные комплексы работали совместно в комплексе, дополняя друг друга, что позволяло определять необходимый набор основных параметров, характеризующих радиационную обстановку и уровни радиоактивного загрязнения радиационно-опасных объектов в аварийных ситуациях.
На защиту выносятся:
1. Экспериментально обоснованы, разработаны и изготовлены радиометрические средства визуализации источников фотонного ионизирующего излучения, такие как гамма локатор и гаммавизор для условий чрезвычайной ситуации, возникшей в результате аварии на ЧАЭС. Изготовленная линейка приборов была использована в радиационных условиях отдельных помещений 4-го блока ЧАЭС.
2. Экспериментально обоснованы, разработаны радиометрические методы радиационного обследования аварийных радиационно-опасных объектов известной геометрии. Изготовлены и практически использованы автоматизированные комплексы обследования радиационной обстановки в условиях высоких радиационных полей.
3. Экспериментально обоснованы, разработаны радиометрические методы радиационного обследования аварийных радиационно-опасных объектов в условиях неизвестной геометрии внутри помещений объекта, которая связана с возможными обрушениями, возникшими в результате чрезвычайной ситуации на объекте.
Изготовлены и практически использованы автоматизированные спектрометрические комплексы обследования радиационной обстановки в этих условиях и в высоких радиационных полях.
4. С помощью разработанных радиометрических средств измерения были получены данные об уровнях загрязнения таких помещений 4-го блока ЧАЭС как машинный зал, реакторный зал, полость аварийного реактора и др.
5. Предложены и реализованы средства измерения определения уровней загрязнения объектов окружающей среды. Выполнена апробация методик измерения в реальных условиях загрязнения почв и грунтов. Проведена верификация результатов с данными традиционных методов измерения поверхностной и удельной активности по радионуклидам 137Cs, 90Sr, 226Ra.
6. Собран большой фактический материал, подтверждающий высокую эффективность разработанных средств измерения и заложенных в них методик.
Выполнены измерения уровней загрязнения объектов окружающей среды и городской застройки в чрезвычайных условиях населенных пунктов, загрязненных в результате аварии на ЧАЭС. Сформирована база данных по уровням загрязнения.
7. Для отдельных населенных пунктов проведено моделирование реабилитационных мероприятий на основе измеренных данных. На их основе предложена последовательность и оценена эффективность реабилитационных работ.
8. Проведены измерения уровней загрязнения в поймы р. Теча в пределах населенных пунктах Челябинской области. Созданы базы данных по результатам измерений. На основе полученных данных оценены площади загрязненных территорий, объемы РАО, которые могут возникнуть при проведении реабилитационных работ.
9. Проведены измерения уровней загрязнения объектов и территорий Кирово-Чепецкого химического комбината. Данные собраны в электронный архив и допускают компьютерную обработку.
10. На основе результатов измерений предложена концепция и последовательность реабилитационных действий и работ по выводу из эксплуатации радиационно-опасных объектов комбината.
11. Определены необходимые технологии, которые должны быть разработаны до начала реабилитационных действий на загрязненных объектах Кирово-Чепецкого химического комбината. Предложенные технологии будут востребованы для работ в условиях чрезвычайных ситуаций на объектах, связанных с переработкой уранового сырья.
Разработанные и практически опробованные методики и средства измерений предложены для широкого применения при проведении радиационных обследований объектов, загрязненных в результате чрезвычайных ситуации на радиационно-опасных объектах. Являются эффективными в процессе получения данных для разработки проектов реабилитации и вывода из эксплуатации объектов, подлежащих реабилитации в рамках Федеральной целевой программы «Ядерная и Радиационная безопасность России на 2008 год и на период до 2015 года».
Наиболее существенные результаты, полученные лично соискателем - создана последовательная серия радиометрических и спектрометрических средств измерения распределения активности на случай аварийной ситуации на ядерно- и радиационно-опасных объектах;
- разработана методология исследований и принципы построения средств измерения и измерительных комплексов на основе токовых, счетных и спектрометрических детекторов ионизирующего фотонного излучения, созданы методики их калибровки, проведения измерений и методы обработки и представления результатов обследования аварийного объекта;
- созданные средства измерения были использованы при проведении обследований в аварийных помещениях 4-го блока ЧАЭС, загрязненных территориях Украины, Белоруси, РФ, загрязненной пойме р. Теча в пределах населенных пунктов Челябинской и Курганской областей;
- созданы базы данных по результатам измерений, выполненных на загрязненных территориях поймы р. Теча, населенных пунктов, загрязненных в результате аварии на ЧАЭС служат основой для принятия решений о дальнейших реабилитационных действиях на этих объектах;
- результаты, собранные в виде баз данных и концепции реабилитации, позволяют использовать их для разработки научных основ систематики и классификации чрезвычайных ситуаций, ранжирования потенциально опасных объектов по степени опасности для населения и территорий по показателям риска;
- на основе полученных данных оценены общие объемы загрязненного грунта на пойменных территориях, для отдельных обследованных участков определены площади и суммарное содержание 137Cs на загрязненных территориях в пределах выбранных значений поверхностной активности этого радионуклида;
- результаты обследований служат основой для принятия решений по защите населения и объектов окружающей среды от радиационного воздействия, могут быть использованы для оценки рисков персонала аварийных объектов и населения, проживающего на загрязненных территориях;
- на основе данных по распределению поверхностной активности загрязнения Cs выявлено наличие областей повышенной поверхностной активности на береговых территориях водоемов (уровни загрязнения в 2-2,5 раза превышают средние значения для уровней загрязнения окружающих территорий), которые возникают за счет ветрового переноса загрязнения вдоль водной поверхности.
Такие области могут служить индикаторами загрязнения при радиационных авариях;
- в ходе разработки были предложены и реализованы научные основы создания и совершенствования систем и средств прогнозирования и мониторинга в условиях чрезвычайных ситуаций;
- созданные средства измерений и методы их применения были использованы при проведении комплексного радиационного обследования радиационно-опасных объектов Кирово-Чепецкого химического комбината, результаты которого легли в основу решения актуальных проблем обеспечения безопасности в чрезвычайных ситуациях техногенного характера;
- разработана концепция реабилитации радиационно-опасных объектов Кирово-Чепецкого химического комбината.
Участие в научных программах Основные результаты диссертации получены автором в процессе выполнения работ по программам ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС, по программам научных работ Комплексной экспедиции Института атомной энергии им.
И.В. Курчатова в г. Чернобыле. Автор лично принимал участие и руководил во всех представленных в диссертации экспериментах, проводил измерения в условиях чрезвычайных ситуации на ЧАЭС, на загрязненных территориях в пойме р. Теча, на радиационно-опасных объектах Кирово-Чепецкого химического комбината, выполнении исследований актуальных проблем обеспечения безопасности в чрезвычайных ситуациях техногенного характера. В полевых условиях за более чем 4-х летний период в 7 населенных пунктах Челябинской и Курганской областей было выполнено большое количество измерений. Большой объем измерений был выполнен в населенных пунктах Брянской и Тульской областей РФ, Гомельской и Могилевской областей Белоруси, в зоне отчуждения ЧАЭС. Во всех этих работах автор принимал непосредственное участие. Автор лично руководил работами в рамках международных проектов, таких как ЕСР-4, INTAS, Incocopernicus, руководил выполнением работ по международным контрактам с ведущими научными центрами Европы такими, как Исследовательский центр Карлсруэ, Исследовательский центр Юлих Германия, национальная лаборатория RISO Дания и другими. В результате этих работ совместно со специалистами этих лабораторий и Центров были разработаны отдельные средства измерений;
прошли процесс интеркалибровки, такие измерительные комплексы как гаммавизор, гамма локатор и др. С их помощью был выполнен большой объем измерений, результаты которых были обработаны и верифицированы совместно всеми участниками проектов. Часть материала диссертационной работы составляют результаты, полученные при работах по проекту «Реабилитация» 2002-2007 годы, в рамках Федеральной целевой программы «Обеспечение ядерной и радиационной безопасности России на 2008 год и на период до 2015 г». Опыт более 20 летних измерений был использован автором при обследовании радиационно-опасных объектов Кирово-Чепецкого комбината.
Результаты, полученные в ходе этих работ, легли в основу предложений по реабилитации территории этого комбината, стали базой для выбора технологий обращения с радиоактивными отходами, с которыми придется обращаться в ходе этих работ. Формулировал требования к стационарным системам радиационного контроля, предназначенным для выполнения реабилитационных работ на загрязненных объектах и территориях комбината.
Реализация результатов работы Все положения и методики, приведенные в диссертации, реализованы в средствах измерений и измерительных комплексах, разработанных на их основе. Все они были применены в практике проведения работ по ликвидации последствий чрезвычайных ситуации, возникших в результате аварии на Чернобыльской АЭС, при выполнении измерений на радиоактивно загрязненных территориях Южного Урала, центральных областей России, востока Белоруси, в Киевской области Украины. Опыт проведения измерений и дезактивационных работ был перенесен на объекты РНЦ «Курчатовский институт», Кирово-Чепецкий химический комбинат, Подольский завод цветных металлов.
Созданные измерительные комплексы были включены в технологический процесс реабилитации хранилищ радиоактивных отходов РНЦ «Курчатовский институт», что обеспечивало удаление высокоактивных отходов робототехническими средствами в отсутствии персонала непосредственно в зоне работ. Робототехнические средства управлялись персоналом дистанционно из-за радиационной защитой, что позволило выполнить эти работы в условиях такого мегаполиса как Москва с соблюдением всех нормативов по безопасности персонала и населения В настоящее время выполнены работы по комплексному инженерно-радиационному обследованию оборудования и помещений исследовательского реактора МР в РНЦ «Курчатовский институт». Разработан проект вывода его из эксплуатации, в рамках которого разработанные измерительные комплексы будут использоваться как системы стационарного радиационного контроля при работах по удалению высокоактивных отходов из хранилищ и бассейнов выдержки реактора. Их предполагается также использовать для идентификации и сортировки отходов, в процессе загрузки транспортных контейнеров и других работах.
Все эти мероприятия в настоящий момент предусмотрены проектом, а измерительные комплексы находятся в стадии лабораторных испытаний. В ближайшее время будут начаты работы по разработке проектов вывода из эксплуатации и реабилитации других ядерно- и радиационно-опасных объектов, в рамках которых будут использоваться разработанные средства измерения и измерительные комплексы, как на стадии подготовки к выводу этих объектов из эксплуатации, так и в ходе непосредственного выполнения этих работ.
Достоверность основных положений диссертационной работы Достоверность положений и результатов работы подтверждается большим объемом результатов измерений, которые были верифицированы сравнением с результатами, получаемыми традиционными стандартными методами и средствами измерений. Так результаты измерения уровней загрязнения территорий и поверхностей радиационно-опасных объектов верифицировались данными лабораторного анализа проб, а распределения МЭД, рассчитанные по результатам измерения гамма локаторов калибровались и верифицировались по результатам измерений стандартных дозиметров, выполненных в различных точках в обследуемом объекте или внутри помещений.
Достоверность гамма изображений, полученных с помощью гаммавизора, подтверждена измерениями, выполненными, в дальнейшем, с помощью гамма локаторов, а также результатами других групп исследователей. Для данных, полученных в результате измерений на загрязненных территориях Челябинской и Курганской областей, была проведена статистическая обработка, и они были использованы службами Росгосгидромета для выработки предложений по снижению воздействия загрязнения на население обследованных населенных пунктов.
Результаты обследования радиационно-опасных объектов Кирово-Чепецкого комбината легли в основу концепции и предложений по снижению радиационных рисков для персонала комбината и населения Кировской области и представлены в государственные органы Федерального и регионального уровня.
Обсуждение результатов работы Основные результаты, выполненных исследований, докладывались в течение ряда лет на Российских и международных конференциях и совещаниях таких как:
- International Conference "Fiftienth anniversary of nuclear fission", Leningrad, Oct.1989;
Германо-Российская конференция по измерительной программе в России 18.10.91, Москва;
- Международная конференция Mattech’91 Хельсинки 1991;
- IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Image Conference, 1994, Norfolk, Virginia, USA.;
- Всероссийская конференция «Радиологические, медицинские и социально-экономические последствия аварии на ЧАЭС реабилитация территорий и населения» Москва, 21-25 мая 1995;
- IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Image Conference, 1994, IEEE NSS/MIC Conference Record, Anaheim, California, USA;
- HSRC/WERC Joint Conference on the Environment 1996, Manhattan, Kansas, USA;
- VII Российская конференция. «Защита от ионизирующих излучений ядерно-технических установок», 22-24 сент.1998 г. Обнинск;
- Международная конференция «Радиоактивность при ядерных взрывах и авариях». Москва, 24-26 апреля 2000 г.;
- 16 международная конференция "Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество", Черноголовка, 2001;
- Международный симпозиум по обращению с радиоактивными отходами WM’04, Туссон, Аризона, США, 29 февраля – 04 марта 2004;
- 7-ая Международная конференция «Безопасность ядерных технологий:
Обращение с РАО. 27 сентября – 1 октября 2004 г., Санкт-Петербург, Россия;
- Международный симпозиум по ядерной науке, Рим 2004, IEEE Конференция;
- XI Международный экологический симпозиум «Урал атомный, Урал промышленный», Екатеринбург, 2005, 7-11 Февраля 2005;
- Международный симпозиум по обращению с радиоактивными отходами WM’05, Туссон, Аризона, США, 28 февраля – 04 марта 2005,;
- 8-ая Международная конференция «Безопасность ядерных технологий:
Экономика и обращение с источниками ионизирующих излучений. 26 сентября – 30 сентября 2005 г., Санкт-Петербург, Россия;
- 6-ая Международной научной школы-семинара «Импульсные процессы в механике сплошных сред» 22-26 августа 2005 г., Николаев, Украина, 2005;
- Международная конференция ICEM’05/DECM’05, сентябрь 4 – 8, 2005, Глазго, Шотландия;
- Международный симпозиум по обращению с радиоактивными отходами WM’06, Туссон, Аризона, США, 27 февраля – 03 марта 2006;
- Международная конференция «Двадцать лет Чернобыльской катастрофы.
Взгляд в будущее» 24-26 апреля 2006, Киев, Украина;
- Международный ядерный форум, 2007 г., Санкт-Петербург;
- International Conference “Radioecology & Enviromental Radioactivitity”, Bergen, Norway, 15-20 June 2008;
- International Conference “Decommisionning challenges: an Industrial Reality?”, Avignon, France, September 28 – October 2 2008;
- Ш Международный ядерный форум, 22-26 сентября 2008 г., Санкт-Петербург;
12th International Conference On Environmental Remediation and radioactive Waste Management, ICEM’09/DECOM’09, 2009, Liverpool, UK;
Материалы, полученные в результате выполнения работы, были изложены в более чем в 160 печатных работах, из них более 60 опубликованы в сборниках трудов Российских и международных конференций, более 55 представлены научными статьями в реферируемых журналах, в том числе около 39 статей в российских журналах (25 статей в журналах рекомендованных ВАК к защите докторских диссертации) около 20 изданы в таких иностранных журналах, как Nuclear Instruments & Methods in Physics Research A, Journal of Environmental Radioactivity, Applied Radiation & Isotopes, IEEE Trans. On Nucl. Sci. Review of Scientific Instruments, International Journal Nuclear Science and Technology. Научные труды написаны, в основном, в соавторстве, 1 журнальная статья написана единолично. Некоторые результаты, изложенные в диссертации, представлены в 2-х отдельных брошюрах, посвященных реабилитации загрязненных территорий и радиационно-опасных объектов.
Объем и структура диссертации Диссертационная работа состоит из введения, десяти глав и заключения. Она изложена на 278 страницах машинописного текста, включая 40 таблиц, 113 рисунков.
Список литературы включает 193 библиографические ссылки.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновывается актуальность проблемы создания средств измерения и измерительных комплексов определения уровней загрязнения радиационно-опасных объектов и радиоактивно загрязненных территорий.
Формулируются задачи их использования для радиационного контроля и мониторинга радиоактивного загрязнения территорий, отмечаются исследования, заключающиеся в разработке и их применении в ходе работ в условиях чрезвычайных ситуаций, при выполнении поставарийных и реабилитационных действий. Вырабатываются требования к таким системам как гаммавизор, гамма локатор, радиометрические средства измерений и другие. Показано, что решение конкретных задач позволяет оптимизировать процесс измерений, а за счет большей производительности и большого объема результатов измерений, получать более достоверные данные о структуре и уровнях загрязнения. Во введении также представлена структура диссертации.
Основной целью первой главы настоящей работы является описание предложенных средств измерения распределения интенсивности фотонного ионизирующего излучения в условиях чрезвычайных ситуаций. В частности, рассмотрены принципиально отличающиеся возможности построения изображений при регистрации потоков фотонов с энергией 100 кэВ и выше. Первая возможность построения изображения заключается в формировании изображения в жестких рентгеновских лучах с помощью рентгеновского объектива. В настоящее время в качестве такого объектива используют камеру-обскуру или кодирующие апертуры.
Использование кодирующих апертур для гаммавизора было предложено к.ф.-м.н.
Ивановым О.П.. Расчеты их узора, применяемого в различных версиях прибора, были выполнены к.ф.-м.н. Ивановым О.П., д.ф.-м.н. Сударкиным А.Н. и др., полученные результаты изложены в статьях «Portable Digital X-Ray and Gamma-Ray Imaging with Coded Mask, Performance Characteristics and Methods of Image Reconstruction», Nuclear Instruments & Methods in Physics Research, A 422 (1999), 677-682, «Portable Instrument for Coded-Aperture Imaging of Gamma-ray Source», Instruments and Experimental Techniques, 1998, Vol.41, No.4, pp.563–568., Portable X-ray and gamma-ray imager with coded mask: performance characteristics and methods of image reconstruction // NIM A.
1999. Т. 422. № 1-3. p. 729-734., Портативный прибор для получения изображений источников излучений с апертурами на основе кодирующих масок // ПТЭ, 1998. № 4. с.
127-133. Сформированное изображение регистрируется позиционно чувствительным детектором фотонного ионизирующего излучения. Другая возможность формирования изображения – это последовательное сканирование объекта и измерение потока фотонов из области пространства, ограниченной коллиматором.
Такие системы получили название гамма локатора. Последовательный ряд различных версий такого сорта систем был использован в условиях чрезвычайной ситуации Чернобыльской аварии. В первых версиях гамма локатора использовались в основном детекторы фотонного ионизирующего излучения, работающие в токовом режиме.
Потоки фотонов в условиях чрезвычайной ситуации 4-го блока Чернобыльской АЭС были достаточно велики (102 1/см2/с), поэтому в первых версиях приборов применялись как газоразрядные счетчики, так и сцинтилляционные детекторы объемом меньше 1 см3. С помощью разработанных приборов удалось выполнить измерения распределения поверхностной активности по засыпки разрушенного реакторного зала, в помещении машинного зала 3-го блока, полости аварийного реактора, других помещениях 4-го блока. Полученные результаты измерений, так на рис.1. представлено распределение поверхностной активности по засыпки реакторного зала 4-го блока, легли в основу разработки решений о последовательности и основных дезактивационных мероприятиях в данных помещениях. Основываясь на данных измерений, в процессе поставарийных работ в машинном зале 3-го блока было принято решение о замене легкой кровли машзала и установке свинцового покрытия для снижения потока фотонного ионизирующего излучения из разрушенного реактора.
Обследование территории, прилегающей к аварийному блоку, выполняли с помощью гамма локатора, в котором использовался детектор фотонного излучения, работающий в спектрометрическом режиме. В результате измерений углового распределения потоков излучения на обследуемой территории, было показано, что основной вклад в мощность эквивалентной дозы (МЭД) на уровне земли вносит многократно рассеянное в воздухе излучение из разрушенного реакторного зала и загрязненные крыши 4-го машинного зала, площадки М, Н и т.д. На рис. представлено распределение потока фотонов ионизирующего излучения в точке, удаленной в западном направлении на расстояние 200 метров от западной стены объекта «Укрытие».
Рис. 1. Распределение поверхностной активности по засыпке разрушенного реактора осенью 1986 г. Кривая 1 соответствует поверхностной активности выше 0.925 ТБк/м2 (25 Ки/м2), 2 - 1.85 ТБк/м2 (50 Ки/м2), 3 - 2.775 ТБк/м2 (75 Ки/м2).
Спектр излучения земной поверхности и пространства над разрушенным реактором представлен на рис.3. График зависимости скорости счета от энергии излучения (см. рис.3), измеренный в направлении над реактором, линеен в логарифмическом масштабе по энергиям, так что фотонам даже можно приписать некоторую среднюю температуру для данного направления. Измеренному потоку фотонов можно также приписать некую эффективную активность, но реальный источник излучения в данном случае отсутствует, точнее, он находится вне направления потока фотонов.
Аналогично спектр излучения земной поверхности носит такой же вид (см.
рис.3). Здесь ситуация еще сложнее, так как измеренные поток и спектр излучения можно связать с радиоактивностью, глубоко погребенной под слоем неизлучающего рассеивателя, например, нерадиоактивного песка или гравия, или с излучением из воздушного полупространства, отраженным от поверхности земли. Соотношения потоков показывают, что суммарный поток от земной поверхности не превышает 1520% от падающего на него потока излучения, что соответствует коэффициентам его отражения от поверхности легких материалов (z 20 и 2 г/см2), каковой и является земная поверхность.
Углово е ра спр еделение скорости сче та в [и мп/с] в вертикально й плоскости Верх Угловое распределение скорости счета в [имп/с] с 4 T=60 град T=45 град горизо нт 0 T=30 град T=15 град ю б).
а).
Рис.2. Угловое распределение скорости счета гамма локатора с западной стороны от разрушенного реактора, измеренное в 1988 г.
Рис.3. Спектры излучения воздуха вертикально вверх и земной поверхности, измеренные гамма локатором в 1988 г.
Применению компьютерно управляемой версии гамма локатора, работающей в счетном режиме, для чрезвычайных условий посвящена вторая глава диссертационной работы (см. рис.4).
Рис. 4. Измерительная часть компьютерно управляемого гамма локатора.
В ней представлены результаты измерения, полученные с помощью этой версии гамма локатора, в частности, изложены результаты измерений в помещении с известной геометрией – машинном зале 4-го блока Чернобыльской АЭС. Было измерено распределение поверхностной активности по всем поверхностям машинного зала (см. рис.5) и рассчитано распределение МЭД во всем объеме помещения.
Рис. 5. Распределение поверхностной активности, полученное по результатам сканирования всех поверхностей машинного зала 4-го блока.
Здесь же представлены версии гамма локатора, которые были разработаны для других пользователей, в частности, прототип средства измерения для ИТУРЦ (Инженерно-технический учебный центр робототехники), который использовал аналогичные средства при измерениях на территории Белоярской АЭС, при совместных работах с американскими специалистами из Хэндфорда.
В третьей главе диссертации представлена версия гамма локатора, предназначенная для измерений в условиях неизвестной геометрии загрязненного объекта и использованная для измерений в центральном зале 4-го блока ЧАЭС.
На рис.6. представлена измерительная часть этого гамма локатора.
Рис. 6. Измерительный блок гамма локатора.
Гамма локатор включал следующие узлы и системы (см. рис. 7):
- измерительный блок, включающий сканирующее устройство с датчиками поворота и коллимированный детектор;
- систему измерения расстояний;
- ТV-камеру;
- спектранализатор;
- интерфейсные платы телекамеры и измерительного блока.
5 6 200 m Рис. 7. Блок-схема гамма локатора. 1 – коллимированный детектор;
2 – поворотное устройство;
3 – лазерный дальномер;
4 – ПЗС камера;
5 – контроллер (включая PTZFI/C-EN приемник);
6 – переключатель-передатчик PTZFI/C-S8;
7 – блок связи и управления;
8 – компьютер.
Подробно представлены методы калибровки данных средств измерений, последовательность проведения измерений, методы обработки результатов, способы представления данных, алгоритмы расчета распределения поверхностной и удельной активности, мощности эквивалентной дозы (рис.8). Сканирующее устройство гамма локатора и основные измерительные системы были рассчитаны на работу полях гамма излучения достигающих 100 мЗв/ч. Измерительная часть гамма локатора была установлена в реакторном зале 4-го блока (рис. 9) и были выполнены несколько серий измерений распределения поверхностной активности по всем поверхностям этого помещения (рис.10) с шагом по угловым координатам 5. Область расположения схемы «Е» была просканирована с угловым разрешением 1 (рис.11).
В четвертой главе показана последовательность и результаты измерений, выполненные в реакторном зале 4-го блока (см. рис.10), представлены методы расчета и полученные распределения МЭД (рис.12), приведена суперпозиция видимого изображения области разрушенного реактора поверхностной активности (рис.11).
- N x 1 e re eg -d 1 4 X 10 Y - de g re e 6 2 Рис. 8. Угловая аппаратная функция гамма локатора для измерений в условиях неизвестной геометрии.
Рис. 9. Гамма локатор, установленный в реакторном зале объекта «Укрытие».
Рис. 10. Распределение поверхностной активности в угловых координатах: А – рассчитанное по скорости счета в спектральном диапазоне 50-1500 кэВ;
В – рассчитанное по скорости счета в спектральном диапазоне 400-600 кэВ;
С – рассчитанное по скорости счета в спектральном диапазоне 600-740 кэВ.
Рис. 11. Распределение поверхностной активности в районе схемы «Е»
разрушенного реактора.
Алгоритмы расчета МЭД для распределенных по глубине поверхностных источников фотонного ионизирующего излучения сложного спектрального состава были разработаны с использованием метода Монте-Карло к.ф.-м.н. Потаповым В.Н. и изложены в статьях «Расчет распределения мощности эквивалентных доз на основе данных измерения гамма локатора», Атомная энергия, 2002 г., т. 92, вып. 4, с. 324–332, Evaluation of dose equivalent rate reduction as a function of vertical migration of Cs-137 in contaminated soils, Journal of Environmental Radioactivity, November 1999, Vol. 46, Issue 2, pp. 251–263, «Расчет мощности дозы гамма-излучения над плоской поверхностью с неоднородным распределением загрязнения» Атомная энергия. 1995, т. 79, № 2, стр.
130-134.
Проведено математическое моделирование возможных способов снижения мощности эквивалентной дозы в реакторном зале, определена оптимальная толщина защитного слоя вещества для наиболее загрязненной области в районе схемы «Е»
реактора.
Рис. 12. Распределение МЭД в плоскости установки гамма локатора, наложенное на схему реакторного зала.
Радиометрические методы измерения уровней загрязнения почв и грунтов территорий населенных пунктов представлены в пятой главе диссертации. Приведены результаты верификации использованных методик и средств измерения с данными стандартного метода лабораторного радиометрического анализа проб (рис.13), описаны технологии обследования территорий, принципиальные возможности разработанных технологий, способы получения и наглядного представления результатов измерения. Уделено особое внимание вопросам калибровки и поверки средств измерения, представлена последовательность операций построения карт-планов распределения загрязнения и возможные способы представления результатов измерения.
Рис.13. Сравнение результатов измерений радиометром «Корад» и послойного лабораторного анализа проб Показано, что результаты радиационных обследований допускают простое и наглядное представление, обработка данных позволяет давать данные о площади территорий, загрязненных в пределах определенных уровней (рис.14).
На конкретных примерах в пятой главе работы представлены результаты моделирования дезактивационных работ. В частности, для конкретного населенного пункта Хальч в Гомельской области смоделированы процессы реабилитации территории путем удаления загрязненного слоя почвы и его замены чистым насыпным грунтом. Аналогичные результаты были получены для других населенных пунктов Брянской области в рамках совместных работ с европейскими специалистами, выполненных по международным проектам.
Рис. 14. Распределение загрязнения в районе школы в населенном пункте Хальч, Гомельской области.
При обследовании объектов окружающей среды были применены методики измерения удельной активности 90Sr в почве, представленные в шестой главе диссертационной работы. Детектор излучения 90Sr представлен на рисунке 15.
Определение корреляционных коэффициентов 90Sr/137Cs для загрязнения в пределах отдельного населенного пункта позволило определить суммарное содержание 90Sr в почве в пределах данной территории по суммарному содержанию 137Cs. Показано, что на берегах водоемов идентифицируются повышенные уровни загрязнения, связанные с осаждением загрязнения с водной поверхности на береговые кромки, вызванные ветровым переносом радиоактивных веществ вдоль поверхности воды (рис.16).
Рис. 15. Детектор -излучения для измерения удельной активности 90Sr в геометрии -каратажа.
Рис. 16. Карты распределения загрязнения 137Cs берега пруда в поселке Карховка.
Глубина проникновения Cs внутрь почвы измеряется в длинах свободного пробега фотонного излучения радионуклида в материале почвы (дсп).
В седьмой-восьмой главах сконцентрированы результаты обследования пойменных территорий р. Теча. В течение нескольких лет проводились измерения уровней загрязнения пойменных территорий, основной целью которых было определение уровней загрязнения радионуклидом 137Cs почвы поймы р. Теча в населенных пунктах Челябинской и Курганской областей, а также прилегающих к ним территориях. Результаты съемки были собраны в базы данных по отдельным территориям размерами 10001000 м2. На отдельных участках обследованных населенных пунктах были выполнены измерения удельной активности 90Sr.
Определены локальные корреляционные коэффициенты для этих радионуклидов. По результатам измерений сформирована база данных об уровнях загрязнения почвы пойменных территорий в пределах населенных пунктов Муслюмово, Бродакалмак, Русская Теча, Нижнепетропавловское, Затеченское, Далматово, Красноисетское. Для отдельных участков размерами 500500 м или 10001000 м созданы карты распределения содержания 137Cs в почве, глубины его проникновения в почву, толщины чистого слоя почвы, нанесенного поверх загрязненного и распределения МЭД над загрязненной поверхностью (рис. 17).
Действия в условиях чрезвычайных ситуаций во многом определяются объемом и точностью знаний о радиационной обстановке, поэтому оперативная и конкретная информация об уровнях загрязнения объектов и территорий является основой любых реабилитационных действий. На их основе разрабатываются программы работ по ликвидации последствий чрезвычайных ситуации, проекты работ полной их реабилитации. В качестве примера решения такой задачи в 9 главе диссертационной работы представлены результаты измерений, выполненных с помощью новых модификаций средств измерений на загрязненных территориях Кирово-Чепецкого химического комбината.
Рис. 17. Распределение загрязнения в районе села Муслюмово.
В результате работ, выполненных в 2007-2008 годах на радиационно-опасных объектах и загрязненных территориях Кирово-Чепецкого комбината, был собран большой объем данных об уровнях загрязнения строительных конструкций помещений цехов по производству гексафторида и тетрафторида урана. Эти данные позволили оценить объем реабилитационных работ, получить представление о затратах, выяснить необходимость создания технологий обращения с РАО, содержащими делящиеся вещества и радионуклиды трансурановых элементов. Все это может служить прототипом действий в сложных условиях непредвиденных ситуаций. Работы на КЧХК роднит с работами в условиях непредвиденных ситуации отсутствие достоверных данных о химическом и физическом составе РАО, необходимость определения нукдидного состава, разработка технологий и методов обращения с такими РАО, выработка предложений об иммобилизации РАО в хранилищах и снижении рисков воздействия радиоактивного загрязнения на окружающую среду, персонал комбината и население близ лежащего города.
Все эти условия и требования были учтены при разработке возможной последовательности реабилитационных действий. Рассмотрены как возможные направления работ при выводе из эксплуатации производств уранового цикла и реабилитации загрязненных объектов и территорий. Возможная концепция реабилитации этих объектов представлена в 10-ой главе диссертации. Эти предложения были положены в основу разработки технико-экономического обоснования проекта работ по реабилитации радиоактивно-загрязненных объектов и территорий комбината.
Большой объем данных, полученный в результате использования предлагаемых методик и средств измерений, показывает их высокую производительность.
Программное обеспечение, созданное для обработки и представления результатов измерений, допускает их представление в наглядном графическом виде, базы данных, полученные на их основе, позволяют проводить моделирование процессов дезактивации и реабилитации. Проведение последовательных измерений в процессе реабилитационных работ или работ по выводу из эксплуатации дают возможность оценить эффективность отдельных реабилитационных действий или операций.
Возможность хранения результатов измерений в виде компьютерных баз данных позволяет использовать их при разработке планов действий в чрезвычайных ситуациях или при разработке проектов работ на других аналогичных объектах. Так, например, результаты работ на Кирово-Чепецком химическом комбинате могут быть использованы, а зачастую и напрямую перенесены на аналогичный комбинат в г.
Глазов.
В заключении диссертации подведены итоги многолетней работы и обобщен опыт обследования загрязненных объектов и территорий. Любая непредвиденная ситуация ставит прежде всего перед специалистами задачу разобраться в условиях, в которых предстоит выполнять работы по ее ликвидации. Четкое знание обстановки и возможность предвидеть последовательность действий в чрезвычайных условиях существенно облегчает решение любых задач, возникающих в процессе работ по устранению последствий непредвиденных ситуаций. При возникновении подобных ситуаций на радиационно-опасных объектах часто наиболее существенным, а иногда, и главным вопросом является вопрос проведения радиационного обследования с целью обнаружения и идентификации интенсивных источников ионизирующих излучений, нахождения наиболее загрязненных радиоактивными веществами участков и отдельных помещений. Решению задач радиационного обследования служат предложенные в данной диссертационной работе радиометрические методы.
Показано, что за счет большого объема измеренной информации, сведенной в наглядные карты распределения загрязнения, а также возможности создания электронных карт, позволяющих включение в качестве отдельных слоев в интегрированные геоинформационные системы, можно разрабатывать предложения в проекты неотложных мер по ликвидации аварийных ситуаций, возникающих на радиационно- опасных объектах. Моделирование последовательности действий и возможные дозовые нагрузки во время выполнения этих работ позволяют оценить риски для персонала и населения. Эти данные дают возможность принимать конкретные организационно технические решения на основе достоверной информации, полученной в ходе обследования. Более того, полученная информация в виду большого объема данных оказывается статистически более достоверной, чем результаты традиционных методов. Все изложенные в диссертационной работе результаты прошли практическую апробацию и проверку на достоверность в ходе работ по реабилитации хранилищ радиоактивных отходов на территории РНЦ «Курчатовский институт», получили высокую оценку специалистов. По результатам этих работ сделан вывод о необходимости дальнейшего использования данных методов радиационного обследования и средств измерения в аварийно-спасательных и реабилитационных работах, как в условиях чрезвычайных ситуаций, так и в ходе масштабных работ по ликвидации ядерно- и радиационно-опасных объектов, возникших в процессе разработки ядерных технологий атомной энергетики и создания ядерного оружия.
Основные научные результаты диссертации, имеющие научную новизну, состоят в следующем.
- Созданы основы нового научного направления в области радиометрических методов измерений и создания основанных на них измерительных комплексов в области повышения эффективности существующих измерительных систем радиационного мониторинга, предназначенных для процессов ликвидации последствий негативного воздействия радиоактивных материалов и веществ на окружающую среду и население.
- Сформулированы и обоснованы новые принципы создания и применения измерительных комплексов для задач радиационного обследования радиоактивно загрязненных объектов и территорий в условиях гипотетических чрезвычайных ситуаций на радиационно-опасных объектах.
- Создан последовательно целый ряд измерительных комплексов, позволивших провести комплексное обследование ряда объектов в условиях чрезвычайных радиационных ситуаций. На основе полученных данных были приняты организационно-технические решения, позволившие провести реабилитационные мероприятия с минимальными дозовыми затратами для персонала, выполнявшего работы и обеспечившие достижение требований и решение задач, возникших в результате аварийной ситуации.
- Разработанные измерительные комплексы и методы, положенные в их основу, были верифицированы на базе многочисленных измерений и сравнения их данных с результатами, полученными такими традиционными методами определения уровней загрязнения объектов и территорий, как радиохимический и спектрометрический лабораторный анализ проб и полевая спектрометрия.
- Полученные результаты более сотни тысяч измерений сведены в электронные карты-планы распределения характеристик загрязнения для обширных территорий в Брянской, Тульской, Челябинской и Курганской областей России, Гомельской и Могилевской областей Белоруси, Киевской области Украины.
- Показано, что на берегах водоемов существуют области концентрации загрязнения, возникающие за счет переноса радионуклидов вдоль поверхности воды. Такие области могут служить индикаторами радиоактивного загрязнения местности в случае чрезвычайных ситуаций и могут быть использованы для установления источника загрязнения и указывать на возможный момент возникновения загрязнения.
- Разработанные методы и измерительные средства были использованы при обследовании радиационно-опасных объектов и территорий Кирово-Чепецкого химического комбината. Данные измерений положены в основу предложений по реабилитации этого объекта, загрязненного в первые годы разработки ядерных технологий.
- На основе опыта, приобретенного в процессе выполнения измерений и опытной эксплуатации разработанного измерительного оборудования в процессе работ по реабилитации хранилищ РАО на территории РНЦ «Курчатовский институт», предложены пути и методологические подходы, обеспечивающие возможность постоянного улучшения инструментальной базы для создания новых методов и измерительных комплексов мониторинга радиационного загрязнения и диагностики состояния реабилитируемых радиационно-опасных объектов и хранилищ радиоактивных отходов.
Основной практический результат работы состоит в том, что - для условий чрезвычайных ситуации и ликвидации последствий радиационных аварий на объектах использования атомной энергии разработаны новые методы и созданы радиометрические комплексы получения достоверной информации об уровнях загрязнения объектов для целей принятия организационно-технических решений по снижению риска радиационного воздействия загрязненных объектов на население и окружающую среду, для обеспечения радиационного контроля в процессе выполнения мероприятий, принятых на основе данных решений, мониторинга и диагностики состояния объекта, повышения эффективности проектных решений при разработке проектов вывода ядерно- и радиационно-опасных объектов из эксплуатации и их реабилитации.
- созданы электронные базы данных по уровням загрязнения отдельных объектов и территорий, которые будут использованы при проведении реабилитационных мероприятий в ходе выполнения работ на следующих этапах работ по обеспечению снижения радиационных рисков при работах по выводу из эксплуатации и реабилитации объектов, загрязненных в процессе развития ядерных технологий и создания ядерного оружия.
- созданные измерительные комплексы будут эффективны и по завершении поставарийных мероприятий на радиационном объекте для постреабилитационного контроля и проведения измерений для определения эффективности мер, выполненных в чрезвычайных условиях, восстановления дозовых нагрузок на персонал, население окружающую среду в ходе их выполнения.
Достоверность результатов подтверждена согласованностью результатов теоретических и экспериментальных данных исследования с результатами, полученными другими методами, в частности традиционными методами лабораторного анализа проб и результатами полевой спектрометрии, а также положительным производственным опытом внедрения данных разработок другими группами исследователей, сравнением данных в рамках выполнения работ по международным проектам.
Основные результаты диссертации опубликованы в более чем 160 печатных работах, получили положительную оценку на различных научно-технических конференциях, в том числе международных. Отдельные положения изложены в научных статьях, опубликованных в журналах (из них 25 статей в трех изданиях, рекомендованных ВАК для материалов диссертаций на соискание ученой степени доктора технических наук). На основные технические решения получены 2 авторских свидетельства и один патент. Наиболее подробно все этапы исследований, ход обработки результатов измерений и применения разработанных методов и измерительных комплексов содержатся в более чем 60 докладах на научных конференциях, около 50 научных отчетах РНЦ «Курчатовский институт» и Комплексной экспедиции ИАЭ им. И.В. Курчатова в г. Чернобыль, некоторые из них с грифом ДСП.
Одна журнальная статья с изложением основных результатов проведенных исследований подготовлена автором единолично. В остальных работах участие автора заключалось в определении основных направлений исследований, выработке методологических и технологических подходов к разработке методов и измерительных комплексов, задач и целей обследования, в формулировании требований к представлению результатов, удобного для использования непосредственно в практической деятельности по принятию решений в чрезвычайных ситуациях на радиационно-опасных объектах, в ходе работ по ликвидации их последствий непредвиденных ситуаций и реабилитации самого объекта.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
1. Chesnokov A.V., Fedin V.I., Gulyaev A.A., e.a., Application of Gamma Locator for Contamination Measurements inside 4-th Reactor Hall of Chernobyl NPP, IEEE Trans.
On Nucl. Sci. 1998, vol. 45, No.3, part, pp. 986–991.
2. Говорун А. П., Щербак С. Б., Чесноков А.В., Особенности распределения 137Cs и Sr в пойме р. Течи в районе пос. Бродокалмак, Атомная энергия, 1999, т. 86 вып. стр. 63–68.
3. Chesnokov A.V., Govorun A.P., Ivanitskaya M.V., e.a., Cs-137 Contamination of Techa Flood Plain in Brodokalmak Settlement, Applied Radiation & Isotopes, 1999, Vol. 50, pp. 1121–1129.
4. Chesnokov A.V., Volkov V. G., Zverkov Yu. A., e.a., Rehabilitation of radioactive objects of Kirovo-Chepetsky chemical plant: Preliminary program of works, –In Proc. of International Conference Decommisionning challenges: an Industrial Reality?, Avignon, France, September 28 – October 2 2008, CD-ROM.
5. Волков В.Г., Павленко В.И., Арустамов А.Э. и др., Реабилитация объектов переработки уранового сырья, Безопасность окружающей среды, 2008, №1, стр.
60–62.
6. Волков В.Г., Волкович А.Г., Зверков Ю.A. и др., Радиационное обследование радиоактивно загрязненных объектов и территорий Кирово-Чепецкого химического комбината, –В сб.: III Международного ядерного форума «БЕЗОПАСНОСТЬ ЯДЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ» Санкт-Петербург, 22-26 сентября 2008 г., стр. 62–69.
7. Волков В.Г., Волкович А.Г., Зверков Ю.A. и др., Радиационное обследование радиоактивно загрязненных объектов и территорий Кирово-Чепецкого химического комбината, Тематический сборник «Ядерная и радиационная безопасность России», 2008, вып. 4, часть 3, Москва, стр. 17–36.
8. Anisomova L.I., Govorun A.P., Ivanov O.P., e.a., Analysis of some countermeasures efficiency based on radioecological data, deposit measurements and models for external dose formation. Case study of two Russian settlements Yalovka and Zaborie, Annual progress report of the ECP-4 project supported by the European Commission. Moscow, December 1994.
9. Roed J., Anderson K. G., Fogh C., e.a., Triple digging – a simple method for restoration of radioactively contaminated urban soil areas, Journal of Environmental Radioactivity, 1999, 45 (2), pp. 173–183.
10. Arapis G., Chesnokov A., Ivanova T., e.a., Evaluation of dose equivalent rate reduction as a function of vertical migration of Cs-137 in contaminated soils, Journal of Environmental Radioactivity, November 1999, Vol. 46, Issue 2, pp. 251–263.
11. Иваницкая М.В., Исаева В.И., Ячменев В.А. и др., Распределение уровней загрязнения Cs-137 поймы реки Течи в поселке Бродокалмак, Проблемы экологии Южного Урала, №1, январь-март 1996, стр. 7–18.
12. Говорун А.П., Чесноков А.В., Щербак С.Б., Распределение запаса 137Cs в пойме реки Течи в ареале села Муслюмово, Атомная энергия, 1998, т. 84, вып. 6, с.
545–550.
13. Chesnokov A. V., Govorun A. P., Linnik V.G. and Shcherbak S.B., Cs- Contamination of Techa Flood Plain near Village Muslumovo, Journal of Environmental Radioactivity, 2000, Vol.50, Issue 3, pp. 181–193.
14. Говорун А. П., Уруцкоев Л.И., Чесноков А.В. и др., Применение полевой радиометрии для картографирования загрязнения цезием-137 поймы р. Течи, –В сб., Труды международной конф. "Радиоактивность при ядерных взрывах и авариях". 24-26 апреля 2000 г., Москва Т1, Санкт-Петербург, Гидрометиздат, стр.
438–443.
15. Чесноков А.В., Радиационное обследование поймы реки Теча в населенных пунктах Челябинской области, Безопасность окружающей среды, 2008, №2, стр.
36–39.
16. Волков В.Г., Волкович А.Г., Иванов О.П. и др., Радиационное обследование радиоактивных объектов Кирово-Чепецкого химического комбината, Атомная энергия, т. 107, вып. 2, август 2009, стр. 75–81.
17. Волков В.Г., Волкович А.Г., Иванов О.П. и др., Радиационное обследование радиоактивных объектов Кирово-Чепецкого химического комбината, Атомная энергия, т. 107, вып. 2, август 2009, стр. 75–81.
18. Волков В.Г., Волкович А.Г., Павленко В.И. и др., Основные принципы и предложения по реабилитации радиоактивно загрязненных объектов и территорий Кирово-Чепецкого химического комбината, Атомная энергия, т. 107, вып. 4, октябрь 2009, стр. 224 –230.
19. Volkov V.G., Ponomarev-Stepnoi N.N., Gorodetsky G.G., a.e., The First Stage of Liquidation of Temporary Radwaste Repositories and Rehabilitation of the Radwaste Disposal Site at the Russian Research Center “Kurchatov Institute” Proceedings of WM’04 Conference, Tucson, Arizona, USA, February 29 - March 4, 2004, CD-ROM.
20. Volkov V.G., Ponomarev-Stepnoi N.N., Gorodetsky G.G., a.e., Main results of the second stage of liquidation of temporary radwaste repositories and rehabilitation of the radwaste disposal site at the Russian research center “Kurchatov institute” Proceedings of WM’ Conference, Tucson, Arizona, USA, February 27 - March 2, 2005, CD-ROM.
21. Volkov V.G., Volkovich A.G., Danilovich A.S., a.e., Radiation survey and preparing for the decommissioningof research reactor MR, RRC “Kurchatov Institute”, – Book of
Abstract
of RRFM Intern. Conf., 2010, Marrakech, Morroco, p.65.
22. Волков В.Г., Волкович А.Г., Зверков Ю.А. и др., «Применение электроразрядных методов при ликвидации старых хранилищ радиоактивных отходов», Материалы 6-ой Международной научной школы-семинара «Импульсные процессы в механике сплошных сред» (22-26 августа 2005 г., Николаев, Украина, 2005) стр.83-85.
23. Волков В.Г., Волкович А.Г., Зверков Ю.А. и др., «Возможности применения электроразрядной оттирки в установке «мокрой» дезактивации радиоактивного грунта», Материалы 6-ой Международной научной школы-семинара «Импульсные процессы в механике сплошных сред» (22-26 августа 2005 г., Николаев, Украина, 2005) стр.85-87.
24. Volkov V.G., Ponomarev-Stepnoi N.N., Gorodetsky G.G., a.e., Peculiarities of engineering approaches and selection of technologies used in disposition of old radwaste repositories at the Russian research centre “Kurchatov institute”, ICEM’05/DECM’ Conference, September 4 – 8, 2005, Glasgow, Scotland, Session No: 11, ICEM05-ID: p.
1227.
25. Volkov V.G., Ponomarev-Stepnoi N.N., Gorodetsky G.G., a.e., Peculiarities of the High-Level Concrete-Encased Radwaste Repository Disposition at the Radwaste Disposal Site of the Russian Research Center "Kurchatov Institute" CD WM’ Proceedings, WM Symposia, Inc., Tucson, Arizona, USA, February 27 - March 3, 2006, CD-ROM.
26. Volkov V.G., Gorodetsky G.G., Zverkov Yu.A., a.e., Radioactive waste management technologies used in rehabilitation of radioactively contaminated facilities and areas at the RRC “Kurchatov institute” site. International Journal Nuclear Science and Technology, V. 2, N1/2, 2006, p. 127-143.
27. Волков В.Г., Волкович А.Г., Иванов О.П., и др., «Итоги ликвидации старых хранилищ РАО в Российском научном центре «Курчатовский институт», Сборник тезисов, Международная конференция «двадцать лет Чернобыльской катастрофы.
Взгляд в будущее» 24-26 апреля 2006, Киев, Украина, стр. Т3-16 – Т3-17.
28. Велихов Е.П., Пономарев-Степной Н.Н., Волков В.Г. и др., «Реабилитация радиоактивно загрязненных объектов и территорий РНЦ «Курчатовский институт», Атомная энергия, 2007, т. 102, вып. 5, стр. 300-306.
29. Пономарев-Степной Н.Н., Волков В.Г., Городецкий Г.Г. и др., «Обследование и подготовка к ликвидации старых хранилищ радиоактивных отходов в РНЦ «Курчатовский институт», Атомная энергия, 2007, т. 102, вып. 6, стр. 374-377.
30. Пономарев-Степной Н.Н., Волков В.Г., Городецкий Г.Г. и др., «Извлечение радиоактивных отходов и ликвидация старых хранилищ в РНЦ «Курчатовский институт», Атомная энергия, 2007, т. 103, вып. 2, стр. 129-133.
31. Волков В.Г., Зверков Ю.А., Иванов О.П. и др., «Программа следующего этапа реабилитационных работ в РНЦ «Курчатовский институт», –В сб.: II Международного ядерного форума, 2007, стр. 396-401.
32. Волков В.Г., Городецкий Г.Г., Зверков Ю.А. и др., Контроль объемной активности нуклидов в воздухе при реабилитации площадки старых хранилищ РНЦ «Курчатовский институт», Атомная энергия, 2008, т. 104, вып. 1, стр. 37-43.
33. Волков В.Г., Зверков Ю.А., Колядин В.И. и др., Подготовка к выводу из эксплуатации исследовательского реактора МР в РНЦ «Курчатовский институт», Атомная энергия, 2008, т. 104, вып. 5, стр. 259-264.
34. Волков В.Г., Степанов В.Е., Уруцкоев Л.И., Чесноков А.В., Радиометрические методы измерения удельной активности радионуклидов уранового ряда, Атомная энергия, т. 107, вып. 6, декабрь 2009, стр. 329–334.
35. Волков В.Г., Зверков Ю.А., Иванов О.П. и др., Реабилитация радиоактивно загрязненных объектов и территорий РНЦ «Курчатовский институт», Энергия:
экономика, техника, экология, №9 2008, стр. 35-41.
36. Волков В.Г., Быковская Л.И., Городецкий Г.Г. и др., Применение технологий пылеподавления и предотвращения распространения радиоактивных аэрозолей при проведении работ по реабилитации в РНЦ «Курчатовский институт», Анри № (39), 2004, стр. 59-66.
37. Волков В.Г., Волкович А.Г., Данилович А.С. и др. Подготовка объектов подольского завода цветных металлов к работам по реабилитации, Атомная энергия, т. 109, вып.2, 2010, стр. 89-95.