Газоаэрозольные выбросы атомных электростанций, миграция и накопление радионуклидов в объектах окружающей среды

Московский государственный технический университет  
имени Н. Э. Баумана 

 
 

 
 
В. В. Перевезенцев  
 
 
 
Газоаэрозольные выбросы  
атомных электростанций,  
миграция и накопление радионуклидов  
в объектах окружающей среды 
 
 
Учебное пособие по дисциплине  
«Экология ядерной энергетики» 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

УДК 621.039.58 
ББК 31.4н 
 П27 
 
Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru  
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/189/book1288.html 

Факультет «Энергомашиностроение» 
Кафедра «Ядерные реакторы и установки» 

Рекомендовано Редакционно-издательским советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия 

Рецензенты: канд. техн. наук, доцент В. С. Окунев,  
д-р техн. наук, профессор Л. В. Точеный 
 
 
Перевезенцев, В. В. 
Газоаэрозольные выбросы атомных электростанций, миграция 
и накопление радионуклидов в объектах окружающей среды : 
учебное пособие по дисциплине «Экология ядерной энергетики» / 
В. В. Перевезенцев. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2016. — 76, [4] с. : ил. 
ISBN 978-5-7038-4248-5 
Показаны пути поступления радионуклидов в окружающую среду с газоаэрозольными выбросами атомных электростанций (АЭС). Рассмотрена 
гауссова модель распространения газоаэрозольного выброса в направлении 
ветра с учетом воздействия атмосферной турбулентности. Приведены расчетные соотношения для удельной объемной активности радионуклидов. 
Представлены модели миграции и накопления радионуклидов в природных 
комплексах. Изложены методики расчетов дозовых нагрузок на население в 
регионе размещения АЭС.  
Для студентов 5-го и 6-го курсов МГТУ им. Н. Э. Баумана, обучающихся по специальности «Ядерные реакторы и материалы». 
УДК 621.039.58 
ББК 31.4н 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
© МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2016 
© Оформление. Издательство 
ISBN 978-5-7038-4248-5  
 
    МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2016 

П27 

Предисловие 

Пособие посвящено вопросам радиационного воздействия радио
нуклидов газоаэрозольных выбросов атомных электростанций (АЭС) 
на объекты окружающей среды.  

Приведены сведения о наиболее значимых радионуклидах с 

точки зрения формирования дозовых нагрузок на население в регионе размещения АЭС. Представлены модели распространения 
радионуклидов газоаэрозольных выбросов в атмосферном воздухе, 
их выпадения на подстилающую поверхность и накопления в растительности. Рассмотрены камерные модели поступления и накопления радионуклидов в организме человека по пищевым цепочкам 
(при употреблении в пищу загрязненных радионуклидами продуктов). Изложены методики оценки дозовых нагрузок внешнего и 
внутреннего облучения населения радионуклидами газоаэрозольных выбросов. Рассмотрены методы очистки газоаэрозольных выбросов АЭС от радиоактивных инертных газов, радиоактивных 
аэрозолей и изотопов йода. Приведены сведения о системах очистки, радионуклидном составе и мощности газоаэрозольных выбросов на АЭС с ядерными реакторами различных типов. 

Издание предназначено для студентов старших курсов, обуча
ющихся по специальности «Ядерные реакторы и материалы». 
Представленные сведения помогут не только провести корректную 
оценку уровня радиационного воздействия на население и объекты 
окружающей среды, но и разработать обоснованные конструкторские решения, направленные на снижение выхода радионуклидов 
АЭС в окружающую среду. При выполнении выпускной квалификационной работы (дипломного проекта) учебное пособие может 
использоваться для количественной оценки радиационного воздействия на население и природные комплексы в регионе размещения АЭС. 

Целями учебного пособия являются: 
• изучение радионуклидного состава, радиационных характе
ристик радионуклидов газоаэрозольных выбросов АЭС; 

• приобретение студентами теоретических знаний и освоение 

практических навыков расчетов поступления в окружающую среду 
радионуклидов газоаэрозольных выбросов, их накопления в природных комплексах, формирования дозовых нагрузок на население; 

• изучение и освоение моделей переноса радионуклидов га
зоаэрозольных выбросов в атмосферном воздухе; камерных моделей накопления радионуклидов в объектах окружающей среды; 
формирования дозовых нагрузок внешнего и внутреннего облучения населения в результате ингаляционного и перорального (по 
пищевым цепочкам) поступления радионуклидов в организм; 

• изучение физических процессов и принципов создания си
стем очистки газоаэрозольных выбросов АЭС от радионуклидов; 

• ознакомление с радиационной обстановкой в регионах раз
мещения АЭС с ядерными реакторами различных типов. 

В результате изучения данного учебного пособия студенты будут:  
знать радионуклидный состав газоаэрозольных выбросов АЭС 

и механизмы переноса радионуклидов в атмосферном воздухе, 
накопления в природных комплексах, формирования дозовых 
нагрузок на население в регионе размещения АЭС; методы математического моделирования этих процессов; методы и оборудование для очистки газоаэрозольных выбросов от радионуклидов; 

уметь разрабатывать модели переноса и накопления радионукли
дов АЭС в окружающей среде; выполнять расчеты уровней загрязнения радионуклидами атмосферного воздуха и дозовых нагрузок на 
население в регионе размещения АЭС; оценивать содержание радионуклидов в сельскохозяйственной продукции и дозовые нагрузки на 
население по пищевым цепочкам; 

владеть методами расчетных оценок поступления радио
нуклидов АЭС в окружающую среду, переноса и накопления в 
природных комплексах; методами количественного анализа закономерностей формирования дозовых нагрузок на население и природные комплексы в регионе размещения АЭС; принципами разработки систем очистки газоаэрозольных выбросов АЭС. 

 

 
 

Введение 

При эксплуатации АЭС образуются многочисленные радио
нуклиды, появление которых обусловлено как непосредственно 
процессами деления топливных ядер (продукты деления), так и 
реакциями активации конструкционных материалов, теплоносителя, примесей в нем и т. д. Определенное количество радионуклидов может попадать в окружающую среду вместе с воздухом системы вентиляции (газоаэрозольные выбросы) и водой системы 
охлаждения кондесаторов турбин (жидкие сбросы). При нарушении целостности оболочки тепловыделяющего элемента (твэла) 
продукты деления способны выйти в теплоноситель и в результате 
организованных и неорганизованных протечек в контуре поступить в помещения, где размещено соответствующее оборудование 
контура циркуляции теплоносителя.  

Продукты деления могут оказаться также в объеме конденса
тора турбин, откуда удаляются в виде парогазовой смеси эжекторными насосами. Кроме продуктов деления в составе парогазовой 
смеси присутствуют и продукты активации (радионуклиды, образующиеся в результате реакций поглощения нейтронов конструкционными материалами, теплоносителем, примесями в нем и т. д.).  

На АЭС с водо-водяными энергетическими реакторами (ВВЭР) 

радионуклиды в конденсаторе могут оказаться только в случае 
протечек из первого контура (контура теплоносителя) во второй 
контур (паротурбинный тракт). В технологической схеме АЭС с 
канальным реактором большой мощности (РБМК), где есть непосредственная связь контура многократной принудительной циркуляции (КМПЦ) с конденсатно-питательным трактом (КПТ), радионуклиды переносятся паром из барабана-сепаратора через 
турбину в конденсатор турбины. Поэтому выход радионуклидов в 
составе парогазовой смеси из объема конденсатора турбины на 
АЭС с РБМК существенно превышает соответствующие значения 
для АЭС с ВВЭР. В связи с этим на АЭС с РБМК высота вентиляционной трубы (~150 м), через которую в атмосферу с вентиляци

онным воздухом поступают и радионуклиды, существенно больше, чем на АЭС с ВВЭР (~100…120 м). 

При прямоточной системе охлаждения конденсаторов турбин 

радионуклиды попадают в водоем-охладитель в результате протечек загрязненного радионуклидами конденсата в контур технического водоснабжения. Радионуклиды поступают также со сбросами дебалансных вод, вод спецпрачечных и спецдушевых. 
Радионуклиды газоаэрозольных выбросов и жидких сбросов приводят к загрязнению окружающей среды, накапливаются в природных комплексах и, в конечном счете, формируют дозовые 
нагрузки на население, проживающее в регионе размещения АЭС.  

Поступление радионуклидов в окружающую среду регламен
тируется Санитарными правилами проектирования и эксплуатации 
атомных станций (СП АС-03), где установлены допустимые суточные выбросы и сбросы, при которых облучаемость населения 
не превышает выделенной на АЭС дозовой квоты 0,25 мЗв/год  
(0,2 мЗв за счет газоаэрозольных выбросов и 0,05 мЗв за счет радионуклидов жидких сбросов). На практике дозовые нагрузки на 
население оказываются существенно меньше дозовой квоты. 
Непосредственное измерение чрезвычайно низких уровней доз 
облучения населения представляет достаточно сложную техническую задачу. В этих условиях более точные данные по облучаемости населения могут быть получены расчетным путем с использованием математических моделей распространения и накопления 
радионуклидов в окружающей среде.  

В пособии рассматриваются вопросы миграции, накопления в 

объектах окружающей среды и формирования дозовых нагрузок на 
население в регионе размещения АЭС только радионуклидов газоаэрозольных выбросов. 

Содержащиеся в газоаэрозольном выбросе АЭС радионуклиды 

перемещаются и рассеиваются в атмосфере в результате ветрового 
переноса и турбулентной диффузии, обусловленной наличием в 
атмосфере достаточно крупных вихрей, взаимодействующих между собой и с поверхностью земли. Истечение из вентиляционной 
трубы содержащего радионуклиды воздуха приводит к формированию характерного конусообразного факела, аналогичного по 
структуре выбросам дымовых газов из высотных труб тепловых 
электростанций. Факел с распределенными в нем радионуклидами 
представляет собой объемный излучающий источник γ-квантов и 

β-частиц, создающий определенную дозу внешнего облучения 
населения. Кроме того, в результате гравитационного осаждения и 
турбулентного переноса аэрозольные частицы с радионуклидами 
оседают на подстилающей поверхности, образуя плоский источник ионизирующих излучений, который формирует дозу внешнего 
облучения населения. Взвешенные в приземном слое воздуха и 
содержащие радионуклиды газоаэрозоли при дыхании попадают в 
организм (ингаляционное поступление) человека и становятся источником внутреннего облучения. Наконец, радионуклиды газоаэрозольного выброса АЭС могут поступать в организм по пищевым цепочкам с загрязненными продуктами питания. При этом 
также формируется соответствующая доза внутреннего облучения 
населения. 

Таким образом, радионуклиды газоаэрозольных выбросов ока
зывают комплексное радиационное воздействие на население в 
регионе размещения АЭС. Дозовые нагрузки формируются путем 
внешнего облучения от объемного источника — факела, плоского 
источника выпавших на подстилающую поверхность радионуклидов, а также внутреннего облучения при ингаляционном и с загрязненными продуктами питания (по пищевым цепочкам) поступлении радионуклидов в организм человека.  

 
 
 
 
 

1. РАДИОНУКЛИДНЫЙ СОСТАВ  
ГАЗОАЭРОЗОЛЬНЫХ ВЫБРОСОВ АЭС 

В окружающую среду (непосредственно в атмосферный воз
дух) с газоаэрозольными выбросами АЭС поступают радионуклиды — продукты деления топливных ядер и радионуклиды — продукты активации стабильных элементов в поле нейтронного 
потока. 

Очевидно, продукты деления образуются в топливной ком
позиции и могут выйти в объем теплоносителя только при 
наличии дефектов в оболочках твэлов. За пределы контура циркуляции теплоносителя продукты деления способны выходить в 
помещения в результате организованных и неорганизованных 
протечек. Продукты активации элементов теплоносителя, примесей в теплоносителе, продуктов коррозии конструкционных 
материалов, топливных ядер с образованием трансурановых 
элементов также могут загрязнять помещения, в которых размещаются элементы контура циркуляции теплоносителя.  

Для АЭС с ВВЭР и РБМК механизмы выхода радионуклидов 

в окружающую среду существенно различаются. Организованные (проектные) и неорганизованные (случайные) протечки 
теплоносителя из первого контура ВВЭР, испарение и дегазация 
протечек теплоносителя приводят к выходу радионуклидов в 
герметичные помещения первого контура. На АЭС с РБМК основным источником радионуклидов является парогазовая смесь, 
удаляемая из объема конденсаторов турбин эжекторными насосами. В парогазовой смеси присутствуют радиоактивные изотопы газов (РИГ), в основном криптона и ксенона, а также радиоактивный изотоп аргона 
41
18Ar,  образующийся в результате 

реакции (n, γ)-активации в газовом контуре системы охлаждения системы управления и защиты (СУЗ) реактора.