Дмитрий Горчаков. Немного атома и радио (nucl0id) wrote in engineering_ru,
Дмитрий Горчаков. Немного атома и радио
nucl0id
engineering_ru

Categories:

Вопросы безопасности, связанные с ввозом урановых хвостов из Европы в Россию. Часть 1.

Я уже писал о ситуации с ввозом урановых хвостов или обедненного гексафторида урана (ОГФУ) из Европы в Россию. Напомню, что осенью прошлого года начались акции протеста против ввоза ОГФУ в Россию, активные выступления Гринпис и других экологических активистов против ввоза в СМИ, Росатом начал ответную разъяснительную кампанию - встречи с экологами, в том числе с участием главы Росатома, техтуры на предприятия, встречи в регионах. Я тоже стал разбираться в проблеме, встречался со специалистами и с активистами, в т.ч. с противниками ввоза, посетил крупнейший завод по обогащению урана в Новоуральске.

В итоге я опубликовал две подробные статьи. Первая была посвящена технологиям обогащения урана в России и мире. Вторая - истории контрактов на обогащение урана, экономике вопроса и тому зачем же к нам ввозят ОГФУ. Перед чтением этого поста рекомендую сначала ознакомиться с ними. Следующие части я обещал посвятить вопросам безопасности обращения с ОГФУ и тому что же делают с остающимся после дообогащения в России дважды обедненным ураном. Однако статьи эти немного подзадержались. Итак, поехали.

Мон луи.jpg
Фото крупнейшей аварии при транспортировке ОГФУ.
Источник


1. Свойства гексафторида урана


Гексафторид урана, (ГФУ, формула UF6, независимо от изотопного состава, т.е. хоть обедненного, хоть природного или обогащенного урана) – это действительно опасное, химически токсичное и очень едкое вещество, способное вызвать ожоги и тяжелое отравление, относится к веществам I класса опасности с очень низкой предельно допустимой концентрацией - до 0,015 мг/м3 в воздухе рабочей зоны (не путать со смертельной концентрацией). Смертельная доза может быть получена при нахождении 10 минут в зоне с концентрацией 216 мг/м3 (так называемый параметр AEGL-3) Опасность его связаны именно с химическими свойствами.

В плане радиационной опасности активность ОГФУ, в котором меньше легких изотопов - 235-го и 234-го, минимум в разы, если не на порядок ниже, чем у природного урана - 2-4 кБк/г против 20-40 кБк/г (1 кБк = тысяча распадов в секунду). Уран - альфа-излучатель, поэтому речь в первую очередь идет об альфа-активности, хотя с распадом урана в нем образуются и бета-активные продукты распада. Так что уран в первую очередь опасен при внутреннем облучении - если его вдохнуть или проглотить. Но если вы съедите гексафторид урана, хоть обедненного, хоть обогащенного, то в первую очередь опасность будет связана с химическим отравлением, а не облучением.

Почему в промышленности используют именно такую химическую форму урана я подробно объяснял в первой статье про технологии обогащения - только гексафторид урана легко переводится в газообразную форму, необходимую для обогащения. Больше ни для чего такая химическая форма урана в атомной промышленности не нужна, а сам уран - нужен. Но к этому мы еще вернемся. При нормальных условиях (атмосферном давлении и температуре до 56,7 градусов) ГФУ находится в твердом виде, в таком же виде он транспортируется и хранится.

Гексафторид урана при нормальных условиях негорюч и не вступает в химические реакции с кислородом, азотом, углекислым газом и сухим воздухом. В газообразном состоянии бурно реагирует с водой, в том числе с атмосферной влагой, с образованием твердого уранилфторида (UO2F2) и газообразного фтористого водорода (HF) - тоже очень токсичных веществ, последний как и ГФУ относится к 1-му классу опасности, хотя его ПДК выше. При этом выделяется много тепла.

Однако твердый гексафторид урана с водой и ее парами реагирует гораздо медленнее, так как образующийся мелкодисперсный аэрозоль уранилфторида оседает и препятствует поступлению воды к поверхности гексафторида урана. Этот эффект приводит к существенному замедлению скорости реакции. Т.е. твердый ГФУ как бы затягивается пленкой уранилфторида.

Из описанных свойств вытекает важный практический вывод. ГФУ, который транспортируют и хранят в твердом виде, в случае разгерметизации на открытом воздухе реагирует с его влагой, но не бурно как газообразный или жидкий ГФУ, а медленно, и при этом реакция эта за счет осаждения уранилфторида постепенно затухает. При этом наибольшую опасность представляет выделяющийся газообразный фтороводород HF.

2. При аварии контейнера зона смертельного поражения 32 км?


Однако с самого начала истории и шумихи вокруг ввоза ОГФУ в октябре 2019 г., Гринпис и другие активисты говорили и охотно делились этой информацией со СМИ, что перевозка ОГФУ представляет огромную угрозу, поскольку в случае разгерметизации контейнера возможна авария с образованием смертельной зоны поражения радиусом 30-32 км. Причем, 10 лет назад, в 2009-м, когда была аналогичная борьба с ввозом ОГФУ, назывались те же самые цифры. Это не удивительно, ведь источник, на который при этом ссылаются, все тот же что и 10 лет назад - это доклад Агентства по атомной энергии Организация экономического сотрудничества и развития (OECD) 1978-го года. Этот 450-страничный документ - сборник докладов европейских специалистов на семинаре 27-29 июня 1978 года по вопросам обращения с гексафторидом урана.

Чаще всего противники ввоза ОГФУ цитируют из этого документа всего одну цифру про 32 км (20 миль в оригинале) - потенциальную зону поражения при аварии. Реже приводят сам пункт 5.3 из доклада (показываю каким образом и с какими выделениями ее приводит Андрей Ожаровский в своей статье об ОГФУ):


Перевод: «Ясно, что внезапное высвобождение большого количества UF6, при распространении по воздуху, может привести к большому количеству жертв. В теории, при некоторых погодных условиях, смертельные концентрации могут образоваться в местах, удалённых на 20 миль [32 километра] от точки выброса. Фактическое количество жертв будет зависеть от мер защиты и плотности населения».

Однако из этого абзаца непонятно о каком именно сценарии аварии идет речь и какое же количество UF6 и в каком виде "внезапно высвобождается". Но активистов это не смущает - цифра в 20 миль красивая и страшная, самое оно для тиражирования. Мне же хотелось разобраться и найти детали и подробности. Поэтому я посмотрел (и все желающие могут тоже это сделать) сам оригинальный документ и обнаружил интересное. Много даже искать не пришлось. Ответ есть прямо на той же самой странице и двумя идущими за ней.


Коллаж со страницами доклада 1978 (стр 116-118) года с описанием наиболее страшных сценариев аварии с ОГФУ. Зеленым выделен цитируемый экологами пункт 5.3, а так же два идущих за ним с уточнениями, где возможны такие сценарии - это заводы по обращению с ОГФУ.

На картинке выше желтым выделены 13 конкретных сценариев с описанием мест возможных аварий со значительным выбросом - все на производстве и все касаются обращения с жидким или газообразным ОГФУ, за исключением одного. Красным выделены два, а по сути один и тот же единственный сценарий, который касается аварии с контейнером ОГФУ, в котором тот изначально не обязательно в жидком или газообразном виде. Т.е. теоретически, это может быть и сценарий с транспортировкой ОГФУ, но с важными оговорками - это сценарий аварии при его попадании в сильный длительный пожар с дальнейшим взрывом. Т.е. это не просто разгерметизация контейнера при транспортировке, а сочетание целого ряда условий.

Дальше по тексту мы поймем, что не все описанные выше сценарии одинаковы по последствиям, а тот что касается разгерметизации контейнера при нормальных условиях (не при пожаре и не при взрыве) - не тянет не то что на 32 км поражения, но и на 1 км. Впрочем, к чему эти нюансы для антиядерных активистов, рассказывающих журналистам об ужасах ГФУ в случае разгерметизации контейнеров при их перевозке. Без каких-либо уточнений и пояснений они просто годами цитируют страшную цифру про 32 км...


Вот свежий пример комментария Владимира Сливяка из "Экозащиты" по поводу недавней отправки партии ОГФУ на сайте Эха Москвы... К журналистам, просто перепечатывающим мнение одной стороны без попытки разбора ситуации - отдельный вопрос...

У меня такому поведению экологов-активистов лишь три варианта объяснения. Либо за 10 лет (минимум) они не прочитали цитируемый документ, либо прочитали, но не поняли, либо поняли, но намеренно избирательно его цитируют и дают вырванную из контекста цифру, которой делятся со СМИ для нагнетания опасности и по сути запугивания людей. Ни один из вариантов я бы хорошим не назвал. Ну, возможно и я ошибаюсь, конечно, но попробуйте найти этому другое объяснение.

3. А что же будет при разгерметизации контейнера? Теория


Давайте попробуем разобраться что же будет в реальности при разгерметизации контейнера с ОГФУ. Такие задачи решали моделированием в моем родном (мне повезло с темой) Институте промышленной экологии УрО РАН. Была даже разработана специальная методика оценки. Из открытых публикаций могу сослаться на тезисы конференции ВНКСФ-13 (там и мои работы есть, кстати) Ильина А.С и Поддубного В.А на стр 660 с. "Численное моделирование аварийной разгерметизации контейнера хранения твёрдого гексафторида урана".

В модели процессы взаимодействия поверхности ГФУ с влажным воздухом описываются системой из восьми дифференциальных уравнений, но не будем вдаваться в детали. Выводы моделирования такие. В зависимости от влажности и температуры, скорость выхода HF (наиболее опасного продукта реакции) варьируется в диапазоне от 0,4 до 15 г. с квадратного метра в секунду. Ну т.е. ни о каком взрывном процессе речи не идет, в отличие от реакции газообразного ГФУ.

На нескольких заседаниях рабочей группы Общественного совета Росатома по ОГФУ докладывались некоторые сценарии аварии на основе такого моделирования. Сценарий первый описывает разгерметизацию контейнера как образование трещины в его верхней части, над поверхностью твердого ОГФУ. Контейнеры заполняются не под завязку (заполняются жидким ОГФУ, а потом он застывает), у них есть свободный объем вверху, где над твердой фазой ОГФУ скапливаются его пары. Т.е. трещина в этой верхней части - наихудший сценарий, который приведет к наибольшему выбросу, поскольку газовая фаза легче смешается с водяным паром, а поверхность твердого ОГФУ, открывшаяся влажному воздуху, будет максимальна.


Контейнеры "48-Y" с ОГФУ на площадке хранения УЭХК в г. Новоуральске, куда и везут нынешний ОГФУ. Фото автора, снято в декабре 2019.

Последствия такой аварии - разовый выброс 16 (!) граммов HF и затем выделение из разрушенного контейнера по 40 г в час. Данные ниже на слайде.


Слайд из презентации Алексея Екидина, сотрудника радиационной лаборатори Института промышленной экологии УрО РАН, к его докладу на заседании Общественного совета Росатома 17 декабря 2019.

Кстати, тут же на слайде есть данные по моделированию того, каким же должен быть выброс, чтобы на расстоянии 32 км образовалась смертельная концентрация (решение обратной задачи из того самого доклада 1978 года). Вывод вы видите выше - нужен выброс 2 тонны в секунду...

Другой сценарий аварии, когда контейнер не просто дал трещину, а в нем образовалась пробоина и часть ГФУ высыпалась. Результат приведен в другой презентации с того же заседания. Разовый выброс фтороводорода HF в таком случае составит 700 г и примерно столько же будет выделяться каждый час далее.


Слайд из презентации со ссылкой на расчеты ИПЭ УрО РАН по выбросу при разрушении контейнера с ОГФУ.

Кстати, а есть ли что-то про повреждение транспортного контейнера в том докладе 1978 года, на который любят ссылаться Гринпис? Конечно, на 450 страницах и об этом есть. Читаем, например, сценарий на стр 252:


Мой вольный перевод: "4.1 Повреждение не нагретых контейнеров.
Механическое повреждение не нагретых контейнеров представляется возможным во время
аварии при транспортировке или в результате аварии на складе. Без нагрева UF6 в
поврежденном контейнере находится в твердом состоянии, поэтому следует ожидать только медленное выделение очень небольших количеств UF6 и HF. При этом никаких химических или радиологических последствий за пределами объекта не ожидается. К тому же, поскольку выход UF6 сопровождается выделением белого уранилфторида U02F2, место утечки может быть легко обнаружено. "


4. Разгерметизация контейнера — натурный эксперимент


В далекие 1990-е в США занялись программой обращения с накопленным обедненным гексафторидом урана. Мы еще к ней вернемся в следующей части. Сейчас важно то, что в ее рамках Аргоннская национальная лаборатория по заказу Министерства энергетики США создала специальный сайт Depleted UF6 Management Information Network Web Site, где доступно изложила информацию по теме и ответы на вопросы о свойствах, опасности и практике обращения с ОГФУ. Короче, грамотно поработали с общественностью и информированием. Росатом сейчас вынужден делать ту же работу, реагируя на протесты и отвечая на вопросы активистов. Но лучше, конечно, такие вещи делать заранее и на опережение, чтобы снимать будущие вопросы. Это и называется информационная открытость.

Так вот, сайт этот жутко древний, из каких-то 90-х, с ужасной навигацией и доступом к файлам, но на нем много полезной информации. В том числе подробный FAQ и самое интересное, чего я больше нигде не находил - видеоролики по теме, в том числе с лабораторными и натурными экспериментами, демонстрирующими свойства ОГФУ. В том числе аварийные сценарии. Качество, правда, ужаснейшее, адаптированное видимо под интернет тех времен. Youtube тогда еще не было, так что один из роликов для удобства просмотра я залил на свой youtube-канал:


Видеоролик US DOE с демонстрацией свойств ОГФУ и аварийных сценариев (ее раз извиняюсь за качество, таков исходник).

С 9:50 в ролике можно наблюдать шокирующий эксперимент - два работника завода в химзащите и противогазах намеренно разгерметизируют контейнер с ОГФУ, откручивая от него запорный клапан. Можно увидеть как постепенно оттуда начинает выделяться газообразный фтороводород. Никакого взрывного процесса. Более того, процесс выделения постепенно замедляется из-за осаждения уранилфторида. Диктор сообщает, что находиться на расстоянии более 3 метров от такого контейнера можно даже без средств защиты. А потом утечку устраняют простой клейкой лентой. Ну и там далее еще показаны эксперименты по погружению негерметичного контейнера в воду и как там он себя ведет (спойлер - он там опять самозакупоривается). Переснять бы это все сейчас в хорошем качестве для наглядности...

5. А если на склад упадет самолет?


Рассмотрим еще один страшный сценарий, который справедливо упоминает Гринпис, не приводя, правда, никаких его оценок и расчетов (чтобы пугать они и не нужны - фантазия обывателя сама все дорисует). Это сценарий падения самолета на склады с ОГФУ, которые реально занимают значительные площади. Оставлю в стороне тот факт, что в России, в отличие от Европы, такие склады находятся на территории закрытых городов, которые, как и АЭС, находятся вне авиакоридоров.

Сценарий падения самолета неоднократно упоминается в докладе 1978 года (можно самостоятельно поискать в докладе слово "plane", их там 14 штук). Вывод там такой (стр 325): "в случае падения самолета на хранилище с контейнерами с ОГФУ максимальные последствия будут на расстоянии не более 1 (!) км и не выйдут за пределы промплощадки". И это при том что расчеты у них проведены для контейнеров с ОГФУ с толщиной стенок в два раза меньше, чем у современных (8 мм против 16 мм).

Вспоминаем еще раз про 32 км из того же самого доклада и снова убеждаемся, что в той гипотетической аварии речь точно не идет о контейнерах с твердым ОГФУ, и даже о их взрыве от нагрева при пожаре от падения самолета.


На снимке с Яндекс карт как раз одна из крупнейших площадок хранения ОГФУ при комбинате УЭХК в Новоуральске, куда сейчас и везут на переработку ОГФУ из Европы. Площади действительно огромные. И это только часть территории, занятой крупнейшим в мире комбинатом по обогащению урана - до 20% мировых мощностей.

В России 4 завода по обогащению урана и, соответственно, 4 площадки хранения ОГФУ (далее по ссылкам указаны как раз места хранения на яндекс- и google-картах) - в Новоуральске (На Урале, 80 км от моего дома), и три в Сибири - в Северске, Зеленогорске и Ангарске. Только в Северске жилье располагается на расстоянии около 700 м от складов, в остальных городах - минимум в 2-3 км.

Впрочем, на родине доклада 1978 года, в Европе, все гораздо камернее. В Великобритании, на заводе Urenco в г. Кейпенхерст, на расстоянии 50-100 м за забором хранилища располагаются с полдюжины гостиниц, а жилые кварталы - не дальше 1 км. В следующей части мы еще вернемся к этому заводу, поскольку на него свозят ОГФУ с других европейских заводов Urenco из Германии и Нидерландов для переработки, хотя Гринпис говорит что ни одна страна кроме России к себе чужой ОГФУ не завозит - ну т.е. это опять неправда. Великобритания завозит как минимум.


Размещение обогатительного завода Urenco в Кейпенхерсте (Великобритания). Куча гостиниц буквально за забором от складов. Жилые кварталы - не далее 1 км на восток.

То же и в Гронау (Германия), откуда ОГФУ и везут в Россию - в 300 м от хранилища - популярный семейный отель, а городское жилье - в 1 км. От Нидерландского завода Urenco в г. Алмело - 200 м до тюрьмы, 500 м до гостиницы и около 1 км до жилых кварталов. Так что последствия падения самолета на промплощадки обогатительных комбинатов в Европе, согласно оценкам доклада 1978 года, могут быть печальнее, чем в России. При том что и самолетов у них летает побольше, и плотность населения и застройки выше.

Кстати, это видно и по оценкам вероятности такого сценария. Вероятность падения самолета в зависимости от его размера оценивается европейцами в своем докладе как от 1*1E-6 до 4*1E-6 случаев в год. Российская оценка для наших складов на два порядка меньше - 1Е-08 в год.

Поскольку ЖЖ ограничивает размер поста, я разбил его на две части. В продолжении - о сценарии взрыва контейнера, реальных авариях при транспортировке ОГФУ и смертельных случаях при обращении с ним, а также о связи ОГФУ и онкологии на Урале.

Поддержать автора
Если вам понравилась моя статья, то вы можете сказать об этом в комментариях (критики то обязательно мне понапишут), а также поощрить будущие публикации материально - на карту Тинькофф 5536 9137 7974 2317. И подписаться на мой Youtube-канал.

ЧИТАТЬ ПЕРВЫЕ ЧАСТИ >>>ЧАСТЬ 1, ЧАСТЬ 2, ЧАСТЬ 3 (продолжение про безопасность)


Tags: аварии и происшествия, безопасность, транспорт, экология, ядерная энергетика
Subscribe
promo engineering_ru february 12, 2016 15:06 31
Buy for 50 tokens
Оригинал взят у leonovvaleri в Цилиндрический дом Был у меня уже пост про дом Мельникова в Кривоарбатском. Версия 1,0 получилась очень лиричной. Но тут попалась на глаза интереснейшая статья из журнала «Строительство Москвы» за 1927 год. После некоторых размышлений,…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 10 comments