Тема 7 (частина 2). Радіонукліди в навколишньому середовищі. Розрахунок допустимої концентрації і допустимих викидів радіонуклідів у атмосферу.

Питання теми та основні терміни

Ø Радіоактивне пилогазоподібне забруднення атмосфери.

Ø Очищення вентиляційних викидів від радіоактивних інертних  газів.

Основні терміни теми: радіоактивні відходи, очищення радіоактивних відходів, вентиляційні викиди, адсорбція, радіоактивні інертні гази.

Інформаційні матеріали теми

Радіонукліди в навколишньому середовищі.

Частина 2.  Розрахунок допустимої концентрації і допустимих викидів радіонуклідів у атмосферу

Проблемна ситуація. Завдяки постійній роботі атомних станцій та промисловості, яка переробляє радіоактивні продукти, в атмосферу постійно поступають радіонукліди. Радіоактивне забруднення атмосферного повітря одне із самих небезпечних для людини.

Розрахунок допустимої концентрації і допустимих викидів радіонуклідів у атмосферу одна із важливих задач інженерів-екологів при контролі роботи промислових підприємств.

1. н.п. Радіоактивне пилогазоподібне забруднення атмосфери

Викиди вітчизняних АЕС типу ВВЕР з водо-водяными реакторами, що працюють під тиском, об'єднані з викидами закордонних реакторів (PWR). Викиди киплячих реакторів (BWR) приводяться лише для закордонних АЕС, оскільки в  Україні не  працюють реактори цього типу. При зіставленні приведених рівнів викидів необхідно враховувати, крім типу реакторів, розходження в  методах підбору, обробки і виміри проб, повноту реєстрації усіх форм йоду, методи спецгазоочистки тощо.

У табл. 1 представлені  названі дані.

Таблиця 1. Викиди радіонуклідів при роботі в нормальному технологічному режимі атомних електростанцій

Реактор         Нуклід Q, Бк[Вт (Ел.)*год]-1

РWR Інертний радіоактивний газ    (2,180,40)*105

BWR              (2,150,52)*106

BWR 131І     1,750,48

BWR              9,34,9

BWR 3Н       (5,92,4)*103

BWR              (3,41,6)*103

PWR 14С      (0,340,08)*103

BWR              (0,330,11)*103

МАГАТЕ рекомендує класифікувати радіоактивні пилогазоподібні відходи за активністю наступним чином:

Таблиця 2.

Класифікація пилогазоподібних радіоактивних відходів

Категорія       Питома активність, Бк/м3       Практика поводження з відходами

Слабоактивні (низькоактивні)           менше 3,7        Очищенню не підлягають

Середньоактивні       3,7—3,7-104     Підлягають очищенню фільтруванням перед викидом в атмосферу

Високоактивні           більше 3,7-104             Підлягають очищенню

Пилогазові викиди, що відносяться до категорії низькоактивних (переважно вентиляційні викиди), викидаються у навколишнє середовище через труби і розсіюються. При цьому висота труби й умови викидання повинні гарантувати дотримання допустимої об¢ємної концентрації ДКб на місцевості в зоні спостереження і поза нею. Дозволяється видаляти вентиляційне повітря без очищення, якщо його об'ємна активність на викиді не перевищує допустимої величини для повітря робочих помешкань, а сумарний викид за рік не створює умов для перевищення межі дози, встановленої НРБ-97.

Для очищення пилогазових викидів від радіоактивних аерозолів застосовують пиловловники. Для уловлювання високодисперсних часток широко застосовують фільтри.

При обробці високоактивних пилогазових відходів необхідно підвищувати концентрацію в них радіонуклідів і відправляти на збереження та поховання. Цей спосіб обробки придатний і для радіонуклідів, що мають великі періоди напіврозпаду.

Ядерні фільтри. Якщо спрямувати пучок важких іонів,  отриманих на прискорювачах, на тонку плівку речовини (слюда, лавсан, скло), то важкі іони утворюють канал сильного радіаційного ураження в матеріал плівки. При проведенні додаткових операцій в місцях впливу іонів утворюється  отвори, діаметр яких залежить від умов впливу і т.д. d = 10 мкм.

Очищення повітря від інертних газів – трудомістка задача.

Оскільки вони хімічно інертні, то їх вилучають фізичною адсорбцією: активне вугілля, силікат гель, скловата,  йод тощо. Іншим методом очистки є стискування газів в спеціальних ємностях  - газгольдерах і зберігання до розпаду короткоживучих радіонуклідів. Вихід радіоактивних речовин з ректору  (основна частина залишається в паливі) здійснюється системою байпасної очистки.

Загальна система відділення газоподібних радіоактивних відходів.

1. Очистка від парів води і водню.

2. Очистка від аерозолів на аерозольних та йодових фільтрах.

Для зменшення активності викидів здійснюється їх тимчасова затримка перед викиданням в трубу, із розпадом короткоживучих радіонуклідів. Затримка може проводитись на активованому вугіллі  (1-5 діб)

Вплив АЄС на гідросферу.

Комплексний вплив АЄС можна умовно поділити на:

1. Теплове забруднення.

2. Забруднення радіонуклідами.

Теплові викиди властиві усім стадіям ядерно-енергетичного, але найбільший вплив АЕС. Потужність теплових скидів АЕС досягає 2 ГВт на кожні 1 ГВт електричної потужності. На ТЕС частина потужності крізь трубу виходить в атмосферу. На АЕС- у воду, КПД АЕС = 33%.

2. н.п. Очищення вентиляційних викидів

від радіоактивних інертних  газів

Для звільнення вентиляційних викидів від радіоактивних інертних (ізотопи криптону, ксенону, а також аргон-41) газів (РІГ) застосовують адсорбційні колони або газгольдери. Якщо необхідне обмежене (ефективність 0,8—0,9) очищення викидів від радіоактивних інертних газів, то використовують газгольдери.

Принцип роботи газгольдера базується на тому, що короткоживучі радіонукліди (період напіврозпаду Т1/2 год: 41Аг — 1,82; 77Кr — 1,14; 88Кr — 2,77) за час перебування в ньому знижують свою активність за рахунок радіоактивного розпаду.

Розрахунок газгольдера починають із визначення часу перебування газу в газгольдері, тобто часу витримки за формулою

Ак = Ап ехр(-0,693 / Т1/2)  (1)

де Ак , Ап — кінцева і початкова активності речовини.

у розрахунках задається відношення Ап/Ак, а час витримки знаходять за формулою

 = 2,3 Ап /Ак  (2)

За об'ємною витратою Q РІГ, що надходять у газгольдер, визначають: об'єм газгольдера (Vг = Qt); довжину і площу поперечного перетину визначають з конструктивних міркувань. Адсорбційні колони застосовують для високоефективного (понад 0,99) очищення викидів від РІГ. Схема установки для адсорбції РІГ наведена на рисунку 1.

 

Рис. 1. Схема адсорбції радіоактивних інертних газів

Газ, який очищається, подають для охолодження до теплообмінника 2, а потім до сепаратора вологи 1 і аерозольного фільтра 8. Після фільтра гази надходять у цеолітові колони 4 для глибокого сушіння до вмісту вологи, що відповідає вмісту насичення водяної пари при температурі адсорбції. Оскільки процес сушіння відбувається з виділенням теплоти, то після колон газ спочатку подається до теплообмінника 2, а потім до вугільного адсорбера 5. Рух газу в установці забезпечує повітродувка 9, регулювання витрати в цеолітових колонах досягається вентилями 3. Осушувальні цеолітові колони працюють періодично: в одній відбувається сушіння газу, в іншій — регенерація гарячим повітрям, що нагрівається в електрокалорифері 6 із передфільтром 7.

Методи радіаційного контролю базуються на вимірюванні параметрів іонізуючих випромінювань за допомогою дозиметричних приладів. Типи й основні параметри дозиметрів встановлюють в залежності від фізичної величини, яка вимірюється, і виду іонізуючих випромінювань.

Узагальнення. Радіоактивне пилогазоподібне забруднення атмосфери та очищення вентиляційних викидів від радіоактивних інертних  газів є достатньо актуальним для промисловості, а особливо для атомних електростанцій.

Приведений спрощений розрахунок  допустимої концентрації і допустимих викидів радіонуклідів є необхідним для постійного контролю щодо радіаційного забруднення атмосфери.

Література для самоосвіти: 2, 5, 6, 8, 10, 12, 14.

Питання для самоконтролю:

1. Які види радіонуклідів викидаються в атмосферу при роботі в нормальному технологічному режимі атомних електростанцій?

2. Яка класифікація пилогазоподібних радіоактивних відходів?

3. Що застосовують  для очищення пило газових викидів?

4. Який спрощений розрахунок очищення викидів від радіоактивних газів?

5. Охарактеризувати схему адсорбції радіоактивних інертних газів.