Вообще в странах СНГ принято рассматривать проблемы с АЭС в свете Чернобыльской аварии, где 30 % выбросов – трансураны и тяжёлое топливо. Но это была серьёзнейшая аномалия. Поэтому может казаться, что если ничего подобного не произойдёт, то атомные станции вполне безопасны.
Но при своей обычной «мирной» работе станция постоянно выделяет инертные радиоактивные газы (ИРГ) – аргон, криптон, ксенон и другие.
У них разные периоды полураспада, но вот, например, криптон-85 с периодом полураспада почти в 11 лет остаётся с нами надолго. Все эти газы находятся в районе АЭС, а потом с помощью ветра начинают мигрировать.
Подчёркиваем ещё раз – эти газы выделяются из АЭС, даже если никакой аварии на ней не произошло. При обычном штатном режиме работы.
«Все, даже открытые отчёты по АЭС, указывают, что выбросы инертных газов есть. И это типа в пределах нормы», – пояснил Зелёному порталу радиационный химик Сергей Бесараб.
Дальше в тексте мы подробно объясняем, что выделяют АЭС в штатном режиме, как всё это проникает из станции в окружающую среду и может влиять на людей. Мы постарались описать это максимально доступно, но текст всё равно изобилует химическими терминами. Поэтому наберитесь терпения, и мы будем вместе пробираться к пониманию происходящих на АЭС процессов.
Кто они вообще такие, эти инертные радиоактивные газы?
Больше 50 % активности штатной работы АЭС приходится на изотопы инертных радиоактивных газов. Ранжированность того, какого изотопа больше или меньше, сильно варьируется от типа реакторной установки, времени работы АЭС, технического уровня персонала и прочих факторов.
Что такое ИРГ? Это изотопы элементов 18-й группы таблицы Менделеева – одноатомные, без вкуса, цвета и запаха. Благородные газы, которые не вступают ни в какие взаимодействия, но везде присутствуют и постоянно нас окружают. А в случае каких-то реакций ядерного деления они тоже образуются, только с той поправкой, что это изотопы. Они нестабильные, и с течением определённого времени превращаются из инертных газов в другие элементы.
Деление любого ядерного топлива в реакторе приводит к образованию, в основном, изотопов криптона и ксенона. Это два основных инертных газа. А дополнительно происходит нейтронная активация стабильного аргона, он занимает около 1 % в составе вдыхаемого человеком воздуха и присутствует, можно сказать, везде. При облучении нейтронами он даёт изотоп аргон-41, который пополняет группу инертных радиоактивных газов.
Но как же они проникают в окружающую среду, если находятся внутри станции?
«В теории, сама оболочка твэла (Тепловыделяющий элемент – прим. ЗП) вместе с топливной матрицей служит барьером, который препятствует выходу из ядерного топлива продуктов деления, в том числе и газообразных. Но это в теории.
На практике такие оболочки в режиме работы с высоким уровнем нейтронных потоков, претерпевают радиационное разрушение, появляются различные дефекты. Твэлы могут разгерметизироваться, как из-за работы, так и из-за каких-то дефектов при изготовлении. Могут повлиять даже минимальные нарушения режима эксплуатации. При этом хватит даже совершенно микроскопической микронной трещины.
В общем, нарушить целостность на микроскопическом уровне довольно легко и все это понимают, в том числе и те, кто пишет нормативные документы. Поэтому есть такое понятие, как “газовая неплотность” – это унос газообразных продуктов в омывающий активную зону теплоноситель», – рассказывает учёный.
В правилах безопасности и эксплуатации прописана даже определённая норма уноса. И мы хотим обратить особое внимание на то, что эти правила вполне официально допускают использование повреждённых твэлов. То есть это не только возможно, но и вполне в рамках нормативов!
Повреждённые твэлы могут спокойно продолжать свою работу. Конечно, тоже с определённым оговорками – предел безопасной эксплуатации не должен превышать 1 % от общего числа твэлов.
Теперь давайте посчитаем: на БелАЭС установлено 163 тепловыделяющих сборки, в каждой сборке (примерно) 312 твэлов. Получается 50 856 твэлов, из которых 508 штук могут быть повреждены, и штатная эксплуатация АЭС без каких-либо аварий вполне это допускает. Вот эти 500 штук могут коптить окружающую среду инертными газами вполне легально.
«Дальше уже идут какие-то протечки теплоносителей, испарение, дегазация и различные штатные технологические процессы, при которых инертные газы поступают в вентиляцию АЭС, и дальше в воздух.
Получается, что чем выше нагрузка на реактор, чем сильнее износ твэлов, тем выше уровень инертных газов в теплоносителе, и тем выше их выбросы в атмосферу. При изменении работы реактора меняется и количество инертных газов, которые выделяются. На протяжении дня может несколько раз что-то поменяться, а в отчёт пойдёт усреднённый показатель», – рассказывает Сергей.
А что, им можно, а нам нельзя?
Всё это, конечно, касается не только Беларусской АЭС, такое происходит со всеми АЭС мира. При этом на Западе есть разные трактовки, но в среднем считается, что от 55 до 90 % суммарной активности выбросов АЭС приходится на ИРГ. Это считается нормальным побочным эффектом от работы АЭС, и с учётом всех остальных нюансов это допустимый риск.
Как это можно оценить?
Для российских АЭС до 2015 года подсчитывался суммарный выброс, его не делили на изотопы. Но потом подумали и начали делить.
«На сегодняшний день МАГАТЭ нормирует 12 изотопов инертных газов. В России – 13. Но там есть взаимоисключающие позиции. Например, в России нормируется криптон-89 и ксенон-127, а МАГАТЭ эти изотопы не учитывает, но нормирует ксенон-131м. Сказать, что Россия плохая, а МАГАТЭ хорошая, или наоборот, нельзя. Тут кто в лес, кто по дрова. В ЕС вообще нет единого перечня классификации, к которому можно привязываться. Та же Франция дополнительно нормирует ксенон-127, а Швеция не нормирует ксенон-139. Каждый какие хочет нормы, такие и выставляет.
Я не удивлюсь, если Беларусь возьмёт и выпустит свой формуляр, в котором будет свой перечень, не привязанный к российскому. И это будет вполне укладываться в общую тенденцию. Все так делают», – говорит Бесараб.
Но в целом считается, что при максимальном радиационном воздействии из условных 90 % на аргон-41 приходится чуть больше половины – 51 %. Потом идёт ксенон-138 – 18 %, криптон-88 – 13,6 % и дальше по нисходящей.
Последствия воздействия этих газов не будут строго определёнными и детерминированными, как мы привыкли наблюдать при авариях. У лучевой болезни, например, есть определённая доза, и мы её можем озвучить. Здесь же большую роль играет эффект накопления и вероятностные случайные радиационные эффекты.
С одной стороны, нормы не нарушаются. Но тут тоже можно придраться, даже на таком примере: в России газоаэрозольные выбросы для реактора РБМК (реактор большой мощности канальный, таким был, например, реактор в Чернобыле – прим. ЗП) и реактор ВВЭР (как на БелАЭС) отличаются в пять раз. А люди вокруг этих АЭС живут одни и те же.
«Опасность от облака инертных газов исследовалась много раз. В Германии, например, доказали, что у населения повышается уровень онкологических заболеваний. У детей до пяти лет, например, уровень лейкоза повышается в два раза. Зона риска – расстояние от 10 до 50 км в радиусе АЭС. Чем ближе к станции, тем, конечно, хуже. По умолчанию все, вроде, понимают, что проблема есть, эта тема не замалчивается и не прячется, но они с этим, кажется, готовы мириться. Зато электричество дешевое! Поэтому отказ от атомной энергетики в Германии происходит, в том числе, и под влиянием этого фактора», – говорит учёный.
Знакомьтесь – это тритий
Второе место по значимости после инертных газов занимает тритий – радиоактивный изотоп водорода. Его период полураспада чуть более 12 лет. Самое неприятное то, что он накапливается в воде и потом поступает в живые организмы, включается в цепи биосинтеза и замещает водород. Он легко включается в различные биологически взаимодействия, потому что водород у нас практически везде. Например, мы, люди, на 90 % состоим из воды. И вот представьте, что вы замещаете атомы водорода тритием и потом ещё каждые 12 лет он распадается в вашем организме в разных местах. Молекулярные связи нарушаются.
«Это серьёзная проблема, которая требует досконального изучения. Но она принципиально не освещается. Если про инертные газы хоть кто-то пишет, они внесены в нормативные документы, их отслеживают, то тритий – “теневой лидер”», – говорит Сергей.
Можно попробовать предположить, почему про тритий молчат?
Вообще его достаточно сложно отделить. Йод из газоаэрозольного выхлопа АЭС, например, легко задерживается в фильтре из активированного угля, цезий и кобальт задерживают волокнистые аэрозольные фильтры, радиоактивные газы мы можем выдержать в каких-то условных помещениях для снижения их активности. А вот тритий – это же водород: очень летучий, везде проникающий, быстро переходящий в сверхтяжёлую воду, которая тут же смешивается с обычной водой и разделить их нереально.
В России, например, проводятся исследования на содержание трития в поверхностных водах в окрестностях АЭС, и результаты они дают, мягко говоря, не самые хорошие. В колодцах повышается содержание трития в воде, в поверхностных водах тоже. Но измерять можно, а крыть-то нечем…
Ещё все низкоактивные радиоактивные отходы не должны покидать АЭС. А тритий как раз к ним относится. Может, поэтому он и не нормируется. Отходы все должны скапливаться и локализоваться на станции. А зачем мерять что-то, если оно и попадать за пределы станции не должно?
Тритий образуется при реакциях: при распаде урана-235, при захвате нейтронов ядрами различных элементов, которые входят в состав конструкционных материалов реактора, баков, трубопроводов, в состав теплоносителя. Это основной изотоп, которые загрязняет жидкие стоки от АЭС, и он сильно превышает содержание всех остальных нуклидов.
При этом инертные газы попадают в организм через органы дыхания, а тритий прекрасно впитывается через кожу. Поэтому человек получает буквально двойной удар.
«Теоретически, при высоком уровне технической культуры, где нет аварий и протечек – там трития быть должно исчезающе мало. Но на деле источники трития – протечки жидких радиоактивных отходов из оборудования, выход при вскрытии оборудования, трубопроводов, сварочные операции, ремонт оборудования и т. п. Он выделяется постоянно.
Условно, если как-то измерять динамику количества трития, то можно отследить, как часто происходят какие-то инциденты. Для БелАЭС, я думаю, это получится довольно неприятный индикатор, там постоянно тысяча каких-то микрособытий, каких-то ремонтов, остановок. Каждая такая манипуляция – бонус трития. Если какой-то исследователь возьмёт и сведёт это всё воедино…», - рассуждает учёный.