Ядерные испытания в СССР

Экологические требования к местам проведения ядерных взрывов были в принципе те же, что и к объектам промышленного назначения: нанесение как можно меньшего ущерба окружающей среде и человеку в результате проводимой деятельности.

Необходимо отметить, что по мере расширения ядерной деятельности и приближения к ядерному паритету, (т.е. после решения жизненной для государства задачи создания необходимого ядерного арсенала) экологические проблемы стали приобретать все большее значение. Это выразилось, в первую очередь, в заключении Договора 1963 г. о запрещении ядерных испытаний в трех средах - в атмосфере, в космосе и под водой, и переходе только к подземным испытаниям. Этот же подход стимулировал и ответственное отношение к проектам мирного (народно-хозяйственного) использования ядерных взрывов, ограничив реальные проекты в основном использованием подземных ядерных взрывов. Резьба в пластмассах

Воздушные ядерные взрывы имели своей целью отработку конструкций оружия и изучение воздействия ядерного взрыва на военные объекты, сооружения и окружающую среду. Для проведения таких взрывов были организованы два полигона - Семипалатинский и Новоземельский (Северный). Так как основное воздействие воздушных взрывов сводилось к распространению на большие расстояния ударной волны, светового излучения, переносу и выпадению на поверхность радиоактивных продуктов, то экологические требования при выборе полигонов сводились, по существу, к отчуждению больших территорий земли в радиусе ожидаемого опасного воздействия этих факторов. На отчужденной территории, по определению, не допускалось ни проживания, ни пребывания гражданского населения и исключалась любая хозяйственная деятельность. Воздействие атмосферных взрывов, в том числе и наземных, на геологическую среду (недра) предполагалось и фактически оказалось минимальным. Если учесть к тому же, что опасность ударной волны и сейсмического воздействия важна только для гражданских объектов, существование которых на отчужденной территории исключалось, то, по существу, экологические требования к полигонам для атмосферных взрывов свелись к двум условиям:

1. Полигон должен иметь такие размеры (радиус и сектора переноса радиоактивных веществ), чтобы за его пределами не достигались опасные (нормированные в тот период) дозовые нагрузки на население прилегающих к полигону районов;

2. Полигон должен располагаться в таких ландшафтно-климатических условиях (территориях), чтобы поверхностный вынос с полигона радионуклидов как водными потоками, так и путем воздушного переноса не загрязнял окружающую среду за пределами полигона свыше установленных (в тот период) нормативов.

На обширной территории СССР таким требованиям (с учетом доступности территории и приемлемых размеров материальных затрат на оборудование и поддержание деятельности) отвечали центральная зона Казахстана и архипелаг Новая Земля.

Эти требования и определили выбор места и размеров полигонов для атмосферных испытаний.

Непосредственное поражение населения ударной волной практически исключалось, так как население проживало и находилось на безопасном расстоянии. Однако, это удаление не гарантировало безопасности от косвенного поражения, в виде ранений осколками выбитого стекла жилищ и зданий. Опыт первых испытаний показал, что воздействие ударной волны по направлению ветра проявлялось на значительно больших расстояниях от места взрыва, чем ожидалось по расчетным данным. При этом воздействие ударной волны было достаточно сильным для того, чтобы производить разрушения остекления зданий.

Для предупреждения возможных поражений ударной волной с учетом влияния ветра, в установленных руководством испытаниями режимных зонах Семипалатинского полигона проводились специальные мероприятия.

Учитывая опасность радиоактивного загрязнения, планом предусматривалось:

• осуществление взрывов только при наличии направления ветра в определенных (разрешенных) секторах;
• укрытие населения, проживающего в этих секторах, в домах до выяснения радиационной обстановки;
• проведение воздушной и наземной радиационной разведки на направлениях вероятного движения радиоактивного облака;
• подготовка автотранспорта для возможной эвакуации населения;
• эвакуация населения в случае возникновения неблагоприятной радиационной обстановки;
• подготовка сил и средств на случай необходимости медико-санитарного обеспечения населения и проведения его санитарной обработки.

  Все мероприятия по медицинскому обеспечению населения, проживающего в режимных зонах, в период проведения испытаний, должны были проводиться военным командованием с привлечением сил и средств гражданских органов здравоохранения.

  На специальные медицинские отряды возлагались следующие задачи:

  • санитарно-эпидемическая разведка и осуществление противоэпидимических мероприятий;
  • санитарный контроль за источниками водоснабжения и запасами продовольствия;
  • оказание первой и неотложной медицинской помощи больным среди населения в период эвакуации;
  • оказание первой и неотложной помощи лицам, подвергшимся воздействию радиоактивного облучения;
  • проведение в случае необходимости санитарной обработки лиц, загрязненных радиоактивными веществами;
  • учет всех лиц, подвергшихся радиоактивному облучению;
  • медицинское обеспечение личного состава.
  
  
  
  Подземные ядерные взрывы
  
  

  Первый подземный ядерный взрыв в СССР был произведен 11.10.61 г., т.е. в период атмосферных ядерных испытаний. Переход к подземным взрывам как в военных, так и в мирных целях, кардинально изменил экологические требования к местам (территориям, участкам, площадкам) их проведения и выдвинул новые экологические требования к редакциям экспериментов. В условиях подземных взрывов:

  • световое воздействие и действие ионизирующих излучений реализуются под землей;
  • место ударной (воздушной) волны заняло сейсмическое воздействие на сооружения с его сложной геометрией, отражающей геологическое строение региона, но меньшего радиуса действия;
  • важное значение приобрело разрушение массива пород на глубинах вплоть до 1 километра с критическим параметром - нарушением движения подземных вод;
  • место наземного стока вод - переносчика радионуклидов - заняли подземные воды, в том числе глубинные, с их значительно большей неопределенностью как по направлению, так и скорости движения;
  • появилась необходимость учета возможности наличия полезных ископаемых в зоне подземного радиоактивного загрязнения;
  • появилась проблема несоответствия размеров отчуждаемых земель (угодий) реально загрязненных территорий на поверхности (участков) и объемов отчуждаемого горного блока (горного отвода) под землей;
  • вероятные аварийные радиоактивные проявления на дневной поверхности имеют большую неопределенность (хотя несравненно меньшую значимость), чем при наземных взрывах.

  С учетом этих факторов был постепенно сформулирован новый перечень условий экологической безопасности, который учитывался при проектировании и проведении подземных ядерных взрывов. Работы предусматривали:

  • Выбор горных условий (тип горной породы и строение массива) и конструкции горной выработки в ней, исключающие выход радиоактивных продуктов на дневную поверхность (кроме РБГ) и в быстро движущиеся подземные воды. Установление размеров \ конфигурации горного отвода для проведения подземного ядерного взрыва таким образом, чтобы за его границами не превышались нормативы радиоактивного загрязнения вод и породы.
  • Выбор участка горного отвода в месте, не содержащем потенциальных запасов полезных ископаемых, в том числе питьевых (пресных) вод.
  • Проведение взрывов на сейсмически безопасном расстоянии от жилых зданий, населенных пунктов и промышленных объектов.
  • Установление на период проведения взрыва санитарно-защитной зоны в радиусе и секторе, соответствующим потенциально возможной максимальной аварии с выходом радиоактивных продуктов на дневную поверхность через забивочные комплексы или трещины в грунте. Планирование мероприятий по дезактивации, консервации или отчуждению этой территории.
  • Сведение к минимуму размера приустьевого комплекса технологической площадки (штольни, шахты, скважины), где после взрыва предусматриваются радиационно-опасные исследовательские или технологические операции. Планирование мероприятий по дезактивации технологической площадки и герметизации (ликвидации) остаточной горной выработки.
  • Определение и соблюдение экологической емкости полигона или площадки для серийного проведения взрывов.
  
  
  
  Подземные ядерные взрывы с точки зрения критериев захоронения радиоактивных веществ и отходов в геологические формации
  
  

  По существу, проведение любого подземного взрыва есть процесс захоронения радиоактивных отходов. При этом необходимо иметь в виду, с одной стороны, чрезвычайно сложный спектр захораниваемых радионуклидов от альфа-излучающего остаточного ядерного горючего до легко мигрирующего трития, а с другой стороны разовый характер захоронения и часто сравнительно небольшое количество радионуклидов в одном акте "захоронения".

  Подземные взрывы проводились, как известно, с 1957 г. (США), но основные критерии захоронения РАО в геологические формации для объектов атомной энергетики были сформулированы МАГАТЭ только в 1983 году. В последнее время эти критерии относились и к критериям безопасности проведения подземных ядерных взрывов (естественно, что проведенные ранее подземные взрывы не всегда им соответствовали, хотя при этом пользовались весьма близким подходом в виде отраслевых инструкций и правил, быть может, не до конца оформленных юридически). Отметим следующие требования:

  • Конфигурация горного массива и его размеры, должны быть достаточны для вписывания в него зоны дробления и трещиноватости ПЯВ с учетом последствий ударной и термической нагрузок.
  • Геологические свойства среды должны соответствовать безопасности с учетом горноме-ханического, геохимического и гидрогеологического эффектов, свойств и структуры горной породы в зоне ПЯВ.
  • Гидрогеологическая обстановка на участке ПЯВ должна исключать вынос радионуклидов водными потоками за пределы защитного объема породы, т.е. обеспечивать необходимый предел гидравлической проводимости и гидравлического градиента.
  • Физико-химические и геохимические свойства горной породы должны ограничивать процессы миграции радионуклидов с учетом дисперсии, диффузии, осаждения, сорбции, ионного обмена и других видов взаимодействия.
  • Тектоника горного массива и сейсмичность региона проведения ПЯВ не должны влиять в долговременном плане на возможность значимого увеличения миграции радионуклидов из зоны ПЯВ в результате нарушения структуры блока.
  • Зона проведения ПЯВ не должна быть (до и после проведения испытаний) нарушена техногенным воздействием человека или бесконтрольно использована.
  
  
  
  Воздействие подземных ядерных взрывов на горные породы
  
  

  Как уже указывалось выше, воздействие на горные породы (массив) - основной экологический фактор подземных ядерных взрывов. К основным формам такого воздействия относятся:

  1. Формирование полости взрыва, обычно с образованием так называемого столба обрушения; практически устойчивые полости с незначительным обрушением свода и сохранением свободного объема зафиксированы лишь при проведении взрывов в каменной соли до глубины 1500 м (мощность взрывов при этом была не более 100 кт). Отметим однако, что и здесь была обнаружена постепенная конвергенция полостей.

  Для определения размера образующихся полостей используется большое число соотношений, наиболее употребительным из которых являются R - R^E^^, где RQ = 8.5-11.2 м/кт1/3.

  Размер зона трещиноватости (включая столб обрушения) обычно соответствует следующим соотношениям:

  R_тp = 6R_пол - вертикальный размер вверх;

  R_тp = 0.5R_пол - вертикальный размер вниз;

  R_тp = 3R_пол - горизонтальный размер.

  Отметим, что на практике могут наблюдаться отличия от этих соотношений.

  2. Образование расплава горной породы, имеющего в застывшем состоянии стеклообразный вид и включающего основную долю всех радиоактивных продуктов взрыва (кроме радиоактивных благородных газов и трития). Количество расплава в зависимости от типа породы и условий взрыва составляет 0.7-1.1 тыс. т/кт. Застывший расплав частично образует так называемую линзу расплава в донной части полости, а частично инъецируется в трещины массива.

  3. Образование так называемого ореола рассеяния радиоактивных продуктов взрыва, практически совпадающего с зоной трещиноватости. В ореол поступали тритий, радиоктивные благородные газы, частично радионуклиды йода, цезия, стронция (последние - в основном через их предшественников), а также некоторое количество летучих радионуклидов сурьмы, рутения.

  4. Деформация потоков подземных вод в зоне полости и трещиноватости, обычно с формированием депрессионной воронки за счет заполнения водой полости и столба обрушения. Чаще всего при этом образуется застойная зона, слабо связанная с подземными и, тем более, грунтовыми водами из-за небольшого сечения трещин. Однако, в некоторых случаях может создаваться водообмен между различными горизонтами, а также проточные зоны. Именно этот последний случай и представляет наибольшую экологическую опасность; поэтому при проектировании основное внимание уделялось предотвращению возможности возникновения подобной ситуации (кроме исключительных целевых случаев, как например, для заводнения нефтяного коллектора при стимулировании месторождения).

  Радиоактивное загрязнение горного массива в зоне взрыва, особенно зоны трещиноватости, - главный неизбежный экологический эффект подземного ядерного взрыва. Выщелачивание радионуклидов из расплава имеет значительно меньшее значение из-за прочности их фиксации, малой удельной поверхности застывшего расплава, его экранирования обрушенной породой. Наоборот, развитая поверхность трещин, адсорбционный (в основном) характер фиксации радионуклидов на их поверхности создает условия для перехода радионуклидов в воду, заполняющую зону трещиноватости, не говоря уже о практически полном переходе в воду трития. Поэтому проблема планирования допустимой концентрации це-зия-137, стронция-90, трития, а в ряде случаев - йода-131 и рутения-103, 106 являлась основной задачей при определении размеров и конфигурации горного отвода для проведения подземного ядерного взрыва.

  Основной задачей выбора участка взрыва при проектировании являлось исключение проточных вод, соединения горизонтов, близкой и быстрой разгрузки подземных вод в места водопользования или в открытую гидросеть.

  
  
  
  Критерии безопасности
  
  

  Основным документом, регламентирующим радиационную безопасность, являлись Нормы радиационной безопасности - НРБ и Общие санитарные правила ОСП, принятые к руководству и исполнению в различные периоды времени. В настоящее время приняты современные Нормы радиационной безопасности - НРБ-96, составленные с учетом рекомендаций МКРЗ.

  Территория полигона является радиационно-опасным объектом (предприятием) или даже "рабочим местом" персонала для работ с открытыми радиоактивными материалами. Нормативы, касавшиеся населения, относились к территориям за пределами полигона, т.е. к его санитарно-защитной и наблюдаемой (контролируемой) зоне. При этом, согласно принципу "защищен человек - защищена природа", требования радиационной безопасности человека, по существу были равноценны требованиям радиоэкологической безопасности в целом.

  НРБ устанавливают 3 основные принципа радиационной безопасности:

  • непревышение установленного основного дозового предела;
  • исключение всякого необоснованного облучения;
  • снижение дозы облучения до возможно низкого уровня.

  При этом основным критерием являлся предел дозы, нормированная величина которого, согласно НРБ-68, НРБ-76/87 и НРБ-96, для ограниченной части населения составляет 5 м3в/год. Следует, однако, напомнить, что прежде устанавливались и, так называемые, "аварийные" дозы, составлявшие для профессионалов в разное время 15, 25 или 50 бэр.

  С НРБ-96 не совсем согласуются документы более высокого ранга, а именно Законы РСФСР и России, порожденные ситуацией, возникшей в результате катастрофы на Чернобыльской АЭС. После продолжительной дискуссии о так называемой "35-бэрной концепции", допускающей для гражданского населения получение дозы 35 бэр за всю жизнь (70 лет), в Законе 1991 года был принят более "мягкий" вариант, а именно "добровольная" реализация права на переселение людей с территории, где годовая доза превышает 0,1 бэр, и льготный статус проживания при годовой дозе, которая может превысить 0.1 бэр. Существенно при этом, что в России при естественном фоне 8-25 мкР/ч, в среднем по стране среднегодовая доза облучения населения за счет всех естественных и глобальных источников составляет 0,07-0,22 бэр. Дополнительным критерием, установленным Законом, является плотность загрязнения территории долгоживущими радионуклидами - цезием-137, стронцием-90 и плутонием с пороговыми значениями для зоны принудительного отселения: по цезию-137 - 15 Ки/км², по стронцию-90 - 3 Ки/км², по плутонию - 0.1 Ки/км² без оговорок о фактическом размере загрязненной территории.

  Закон 1991 г. в контексте не распространен на другие территории, кроме зоны Чернобыльского загрязнения, но им пользуются для определения статуса других районов. В Республике Казахстан принято решение об отнесении Семипалатинской области к "зоне экологического бедствия", вследствие воздействия на нее Семипалатинского полигона, и такое же решение принято в отношении Алтайского края и Горно-Алтайской Республики в России. Основания для такого политического решения остались неясными, так как критерии для этого не были достаточно обоснованы. Так, для России в Законе "Об охране окружающей природной среды" 1991 г. определение зоны экологического бедствия сформулировано весьма четко (статья 59): "Зонами экологического бедствия объявляются участки территории Российской Федерации, где в результате хозяйственной или иной деятельности произошли глубокие необратимые изменения окружающей природной среды, повлекшие существенное ухудшение здоровья населения, нарушение природного равновесия, разрушение естественных экологических систем, деградацию флоры и фауны".

  Количественные критерии таких нарушений пока не сформулированы. При этом не выявлено достоверной связи между ядерными испытаниями и известными признаками неудовлетворительного санитарно-гигиенического и медицинского состояния здоровья населения, проживающего в районах, близких к полигонам.

  Необходимо отметить, что для деятельности ядерных испытательных полигонов имелись и другие радиационные критерии, связанные не с экологическими требованиями безопасности, а с необходимостью выполнения условий Московского Договора 1963 года. Обеспечение радиационной безопасности персонала и населения при проведении ядерных испытаний и мирных ядерных взрывов регламентировалось также межведомственными Методиками, Указаниями и Санитарными Правилами для этих видов деятельности, составленными на основании НРБ и других нормативных и законодательных актов СССР.

  Аналитическая геометрия плоскости и поверхности Курс лекций Векторная алгебра. Электронные учебники - MATLAB Компьютерная математика Maple Лекции первого семестра первого курса Дифференциальное исчисление функции Дифференциальные уравнения первого порядка Теория вероятностей. Основные понятия Математический анализ Двойной интеграл Геометрический смысл производной Числовые ряды Степенные ряды Аналитическая геометрия Функции графики задачи Курс лекций Примеры задачи Интегрирование и дифференцирование матрицы ;