Радиационные последствия пожара в зоне отчуждения Чернобыльской АЭС

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

В апреле и июне 2015 года население Киевской области Украины было встревожено информацией о возможных негативных радиационных последствиях от серьезных лесных пожаров, вспыхнувших в 30-километровой зоне отчуждения Чернобыльской АЭС. В статье описываются аналитические исследования, касающиеся оценки радиационных воздействий на население г. Киева от пожара на радиа- ционно загрязненных территориях в районе сельхоза «Чернобыльская пуща», с проведением модельных оценок при помощи расчетных систем JRODOS и HotSpot, рассказывается о прямых радиационных исследованиях, которые выполнялись в это же время.

В весенне-летний сезон 2015 года в Украине из-за аномальной жары был зафиксирован всплеск пожаров, различных по масштабам последствий и резонанса в обществе. Сухая, жаркая погода плюс человеческий фактор сделали проблему действительно масштабной. Горели леса, сухая трава, торфяники, произошли пожары и на техногенно-опасных объектах (крупный пожар на нефтебазе под Киевом в июне 2015 года). Но, пожалуй, наибольший резонанс в обществе вызвали лесные пожары в зоне отчуждения и обязательного отселения (зона отчуждения) Чернобыльской АЭС.

Отметим, что пожары в зоне отчуждения Чернобыльской АЭС случаются регулярно, по статистике -- 10... 15 случаев ежегодно, преимущественно в летнее время. В апреле 2015 года население Киевской и ряда соседних областей Украины было встревожено информаций о возможных негативных радиационных последствиях, связанных с серьёзным лесным пожаром в 30-километровой зоне отчуждения Чернобыльской АЭС в районе с. Ильинцы. Это был первый крупный пожар в зоне отчуждения в 2015 году, который продолжался с 29.04.2015 по 02.05.20145 и охватил территорию площадью около 350 га. Очаг возгорания находился в 14 км юго-западнее Чернобыльской АЭС.

Второй крупный пожар в зоне отчуждения начался 29.06.2015 на территории комплекса лесного хозяйства «Чернобыльская пуща» в районе с. Ковшиловка и пгт. Полесское в пойме р. Уж. Загорелись сухая трава, камыш и торфяники, далее пламя распространилось отдельными очагами на площади около 130 га. Место возгорания находилось в 16 км юго-восточнее Чернобыльской АЭС. В отличие от предыдущего случая, горела преимущественно подстилающая поверхность, а не деревья (рис. 1, 2).

В средствах массовой информации появились сообщения о том, что пожар может привести к ухудшению радиационной обстановки за пределами зоны отчуждения, в том числе в Киеве. В связи с обеспокоенностью населения для проверки подобной информации была проведена расчётная оценка радиационных параметров, сложившихся в результате пожара на территории, прилегающей к зоне отчуждения, и в Киеве.

Рис. 1. Карта распространения места пожара в зоне отчуждения. Апрель и июнь 2015 года

Рис. 2. Пожар в зоне отчуждения. Июнь 2015 года

Расчеты радиационных последствий пожара в зоне отчуждения.

Оценка радиационных последствий пожара в зоне отчуждения в первую очередь преследует следующие цели:

1. Определить степень угрозы для населения, проживающего на территориях, удаленных от источника поступления радионуклидов в окружающую среду, за пределами границы зоны отчуждения (30 км и более).

2. Определить степень угрозы для населения в случае сокращения размеров зоны отчуждения.

3. Определить степень угрозы для персонала, занятого в тушении пожара.

Решение первой задачи, связанной с пожаром, который начался 29.06.2015 в 17:30 на территории комплекса лесного хозяйства «Чернобыльская пуща» и был ликвидирован в ночь с 5 на 6 июля, было получено с помощью системы поддержки принятия решений при радиационных авариях JRODOS.

Задачи 2 и 3 решались с помощью оценочных расчётов радиационных последствий от рассматриваемого пожара при использовании расчётного кода HotSpot. Отметим, что при отсутствии таких мощных вычислительных средств, как JRODOS, вычисления для близких расстояний от источника выброса можно проводить на более простых программных средствах. Одним из таких средств и является находящийся в свободном доступе HotSpot. Этот код, разработанный в Ливерморской национальной лаборатории (США), позволяет выполнять оценки различного рода событий, связанных с выбросом радиоактивных материалов. К основным его преимуществам относятся простота использования и скромные требования к ресурсам компьютера, на котором он установлен. Кроме того, HotSpot дает возможность проводить вычисления для площадного источника выброса. Основным недостатком кода является отсутствие возможности учитывать изменчивость погодных условий на протяжении времени выброса.

Модельные расчеты с помощью расчетного кода JRODOS.

Для оценки радиационных последствий от уже произошедших событий или для прогноза таких последствий в системе JRODOS необходимо задать: расчетную модель; координаты инцидента; время начала и конца выброса (период выброса); данные об источнике; сопутствующие выбросу метеорологические условия.

Для оценки радиационной обстановки в рассматриваемом случае была выбрана модель, которая позволяет более детально задать (описать) источник такого выброса, как пожар.

Специфика и продолжительность пожара, дата и время начала пожара, координаты местности, где он начался, территории, на которые распространялся, брались из ленты новостей средств массовой информации.

В расчётах принимались консервативные предположения при выборе (описании) исходных данных.

Для описания источника выброса необходимо задать среднюю тепловую мощность пожара:

W = qm/t,

где q -- средняя теплота сгорания торфа, МДж/кг; m = Vp -- масса сгоревшего вещества, кг; V= Sh -- объём выгоревшего вещества за время пожара, м3; S -- площадь выгоревшей поверхности за время пожара, м2; h -- высота сгоревшей подстилающей поверхности, м; p -- плотность торфа, кг/м3; t -- время горения, с.

Площадь выгоревшей поверхности S оценивалась из консервативных предположений, учитывая, что, согласно данным Государственной службы по чрезвычайным ситуациям Украины (ГСЧС Украины), за время пожара выгорело 130 га территории; эта площадь и была принята в расчётах. Время горения -- 7 сут. Высота области пожара над поверхностью земли принималась равной нулю, при этом взято во внимание, что горели подстилающая поверхность и верхние слои залежей торфа; глубина горения торфяного слоя принималась равной 80 см. Плотность торфа р = 1500 кг/м3. Средняя теплота сгорания торфа q=23 МДж/кг. Таким образом, расчётная тепловая мощность пожара W»60000 МВт.

Активность выброса принималась на основе данных измерений о загрязнении территорий зоны отчуждения Чернобыльской АЭС. В частности, состояние поверхностного загрязнения территории в зоне пожара по 137Cs с учётом площади пожара составляла 4.81Е+11 Бк (загрязненность поверхности 3.7Е+11 Бк/км2 при площади 1,3 км2).

Рис. 3. Метеорологическая модель, построенная с помощью системы прогноза погоды WRF-Украина (31.06.2015, 12:00)

Метеорологические условия были составлены на период с 06:00 29.06.2015 до 00:00 (по Гринвичу) 06.07.2015. Данные численного прогноза погоды (метеополей) представлены Институтом проблем математических машин и систем Национальной академии наук Украины (ИПМС) на основе фактических метеоданных с использованием метеомодели, построенной с помощью системы прогноза погоды WRF-Украина, разработанной в ИПМС и применяемой в настоящее время для обеспечения прогностическими данными системы JRODOS, установленной на украинских АЭС. Пример расчёта по метеорологической модели, полученной с помощью системы прогноза погоды WRF-Украина на 12:00 31.06.2015, показан на рис. 3.

Исходя из анализа метеорологических данных, даже без проведения расчётов можно было утверждать, что облако будет распространяться преимущественно в юго-восточном направлении.

Оценочные расчеты проводились для радионуклида 137Cs как основного дозоообразующего радионуклида; определялись мгновенная концентрация 137Cs, интегральная концентрация в приземном слое атмосферы 137Cs и выпадения радионуклида 137Cs.

В результате оценочного расчета была получена картина распространения радионуклида 137Cs в атмосфере в период пожара. Карта интегральной концентрации в воздухе приземного слоя атмосферы и выпадения 137Cs за период с 29.06.2015 по 05.07.2015 представлена на рис. 4. метеорологический пожар радиационный

По результатам расчетов оказалось, что прогнозируемое (расчетное) радиоактивное загрязнение весьма незначительно: максимальное значение выпадений 137Cs в Киеве составило 2,18 Бк/м2, т. е. на несколько порядков меньше уже существующих уровней загрязнения территории Украины. Максимальное значение эффективной дозы на границе зоны отчуждения за расчетный период составило 6,06 нЗв, что также на несколько порядков меньше доз от естественного фонового излучения. Отличия в профилях изолиний интегральных концентраций и выпадений обусловлены наличием осадков в определенный период времени.

Следует отметить, что наибольшая неопределенность в расчетах связана с коэффициентом перехода в воздух содержащейся в почве и растительности активности. Как и в работе [1], этот коэффициент принимался равным 0,045, что по мнению авторов является достаточно консервативным предположением.

Модельные расчеты с помощью расчетного кода HotSpot.

В качестве исходных данных для расчетов с помощью расчетного кода HotSpot были приняты те же исходные данные, что и для JRODOS; суммарная активность выбросов 137Cs -- 4.85+11 Бк, высота пламени -- 0 м, радиус выброса (Release radius) -- 643 м, тепловыделение (heat emission) -- 5,5-1010 ккал/ч. Поскольку метеоусловия принимаются постоянными, выбирались консервативные погодные условия: средняя скорость ветра -- 6 м/с, направление ветра -- 270°, соответствующая этой скорости ветра категория устойчивости атмосферы -- D, максимальное расчетное расстояние распространения выброса -- 100 км, скорость осаждения -- 0,89 см/с. Результаты расчета радиологических последствий пожара в зоне отчуждения Чернобыльской АЭС с помощью кода Hotspot показаны на рис. 5 и 6.

Рис. 4. Карты интегральной концентрации (Бк с/м3) и выпадений (Бк/м2) 137Cs с 29.06.2015 по 05.07.2015 по данным системы JRODOS

Рис. 5. Результаты расчета выпадений 137Cs на близких расстояниях о места пожара в зоне отчуждения 29.06.2015 -- 05.07.2015, выполненного с помощью кода Hotspot

Рис. 6. Результаты расчета годовой эффективной дозы облучения на близких расстояниях от 137Cs вследствие пожара в зоне отчуждения 29.06.2015-- 05.07.2015, выполненного с помощью кода Hotspot

Рис. 7. Результаты расчета эффективной дозы облучения от 137Cs, полученной в результате тушения пожара в зоне отчуждения 29.06.2015--05.07.2015, выполненного с помощью кода Hotspot

Согласно результатам расчетов, на близких к месту пожара расстояниях (до 20 км от места пожара) выпадения 137Cs не превышали 1 кБк/м2 Это означает, что угроза радиационного воздействия, превышающего допустимые уровни, в случае проживания населения в местах, непосредственно примыкающих к местам потенциальных пожаров, отсутствует.

Также отсутствует угроза радиационного воздействия, превышающего допустимые уровни, для персонала, привлекаемого к тушению пожара (рис. 7). Ситуаций -- через каждые 2 мин. Информация о радиационной обстановке в зоне отчуждения в режиме реального времени доступна на сайте «Экоцентра».

Персонал Государственного специализированного предприятия «Чернобыльский спецкомбинат», в структуру которого входит «Экоцентр», обследовал территорию района пожаров. 30.06.2015 мобильная группа «Экоцентра» провела радиационную разведку по маршруту Корогод -- Дубрава -- Ковшиловка -- Полесское -- Лубянка -- Старая Красница. Существенного повышения мощности экспозиционной дозы гамма-излучения и плотности потока бета- частиц не было выявлено. Вместе с тем, в пробе воздуха, отобранной непосредственно в районе пожара, на окраине населенного пункта Полесское, содержание 137Cs составляло 2,5-10-3 Бк/м3, что на порядок превышает контрольный уровень, установленный гигиеническими нормативами «Основные контрольные уровни, уровни освобождения и уровни действия относительно радиоактивного загрязнения объектов зоны отчуждения и зоны безусловного (обязательного) отселения» для бывших населенных пунктов -- мест пребывания отдельных контингентов персонала.

Повышение концентрации 137Cs, подобные изменения влияют на уровень радиационного фона в пределах погрешности измерений и с большим запасом не приводят к заметным дозовым нагрузкам ни внутри, ни за пределами зоны отчуждения.

Дополнительные выпадения 137Cs за пределами зоны отчуждения в результате пожара были на несколько порядков меньше уже существующих уровней загрязнения территории Украины, сформированных после аварии на Чернобыльской АЭС.

Необходимость проводить какие-либо специальные мероприятия по радиационной защите и в очаге пожара, и в пределах границы зоны отчуждения, и в самом Киеве отсутствовала; речь могла идти только о профилактических мероприятиях по защите от вредных для здоровья нерадиационных факторов.

Литература

1. Прогноз радиационной обстановки во время пожара в Чернобыльской зоне отчуждения с использованием системы JRODOS / И. В. Ковалец, А.Н. Романенко, С. Н. Анулич, Е.А. Евдин.

Размещено на Allbest.ru