Nacházíte se zde: Úvod / Radiační ochrana / Usměrňování ozáření při činnostech / Jaderné elektrárny

Jaderné elektrárny

Jaderná elektrárna (JE) je specifické a velmi komplexní zařízení, na kterém z hlediska ochrany zdraví a životů jejich pracovníků a obyvatel v jejím okolí před účinky ionizujícího záření je třeba zajistit nejen všechny dříve uvedené požadavky radiační ochrany, nýbrž i řadu technických, organizačních a dalších požadavků vyplývajících z vlastní technologie JE. Tyto požadavky a jejich zajištění se souhrnně nazývají jadernou bezpečností. Jaderná bezpečnost je chápána  jako stav a schopnost JE a osob ji obsluhujících zabránit nekontrolovatelnému rozvoji štěpné řetězové reakce nebo nedovolenému úniku radioaktivních látek nebo ionizujícího záření do životního prostředí a omezovat následky nehod. Tato definice naznačuje, že potenciální riziko JE spočívá v možnosti ztráty kontroly nad řízením štěpné řetězové reakce a v množství radioaktivních látek nahromaděných v aktivní zóně reaktoru během jeho provozu, zejména v souvislosti s jejich možnou disperzí do životního prostředí v důsledku nedovoleného úniku.

Izolaci radioaktivních látek obsažených v aktivní zóně energetického reaktoru a zamezení jejich úniku do životního prostředí zajišťuje systém čtyř ochranných technických bariér, jimiž jsou  palivová matrice, pokrytí paliva, primární okruh reaktoru a systém ochranné obálky. Integrita těchto bariér je základním předpokladem bezpečnosti jaderné elektrárny.

Pro komplex technických a organizačních opatření zaměřených na prevenci jejich porušení se v oboru jaderné bezpečnosti vžil mezinárodní název "defence in depth", neboli ochrana do hloubky. Ochrana do hloubky je strukturovaná do pěti odstupňovaných úrovní. Dojde-li k selhání jedné úrovně, přechází ochranné funkce na další úroveň. Cílem první úrovně ochranných opatření je prevence selhání provozních systémů, tj. prevence výskytu abnormálního provozu. Opatření první úrovně představují široké spektrum zásad, které se uplatňují ve všech fázích realizace jaderného zařízení počínaje výběrem vhodné lokality, konzervativním projektovým řešením s náležitými bezpečnostními rezervami do dosažení mezních stavů, vysokou jakostí výroby, montáže, vlastního provozu, údržby atd.

Dojde-li k selhání první bariéry vyvstává přirozená nutnost zajistit potřebnou kontrolu nad vznikem abnormálního provozu, jejíž nedílnou součástí je detekce selhání, jeho korekce a co nejrychlejší návrat systému do podmínek normálního provozu. To je úkolem druhé úrovně ochrany do hloubky. Příkladem druhé úrovně ochranných opatření jsou pojišťovací ventily zamezující nepřípustnému převýšení tlaku v primárním a sekundárním okruhu, systém limitování maximálního výkonu reaktoru, systém kontroly teploty primárního chladiva na výstupu z aktivní zóny a všechna ostatní mezní nastavení ochranných systémů.

Ani sebedokonalejší preventivní opatření nesníží pravděpodobnost výskytu závažnějších nehod zcela na nulu. K zvládnutí málo pravděpodobných nehod, jejichž scénář může být předpokládán, jsou v projektu připravena potřebná technická opatření, aby následky takových stavů byly udrženy v mezích standardní ochrany pracovníků a obyvatelstva. Toto je úkolem třetí úrovně ochrany do hloubky. Typickým příkladem takovýchto projektových nehod jsou havárie spojené se ztrátou chladiva, tzv. LOCA havárie (Loss of Coolant Accident). Třetí úroveň ochranných opatření má v těchto případech zajistit dostatečné chlazení aktivní zóny, a tím předejít nepřípustnému přehřátí paliva, ztrátě integrity jeho povlaku a následnému tavení aktivní zóny.

Ochrana do hloubky na čtvrté úrovni předpokládá, že za určitých velmi málo pravděpodobných okolností mohou nastat případy, kdy opatření prvních tří úrovní nezabrání poškození aktivní zóny, a klade si proto za cíl zabránit úniku štěpných radioaktivních produktů do životního prostředí. Komponenty primárního okruhu se za tím účelem umísťují do hermetických prostorů ochranné obálky představované u moderních jaderných elektráren kontejnmentem. Opatření této úrovně mají současně chránit ochrannou obálku před jejím porušením, neboť ochranná obálka představuje poslední bariéru proti případnému úniku radioaktivních látek do životního prostředí. Ochranná obálka je dimenzována s dostatečnou rezervou tak, aby si zachovala svou integritu i v podmínkách, kdy se veškerá tepelná a tlaková energie primárního chladiva okruhu uvolní do jejího vnitřního prostoru.

Nebudeme zde rozebírat problematiku jaderné bezpečnosti, je předmětem jiných přednášek, zde stručně zmíníme některé specifické aspekty radiační ochrany, zejména požadavky programů monitorování. Ochranným opatřením v případě radiační havárie, jejichž plánování a zavádění je popsáno ve vnitřní a vnějších havarijních plánech je věnována kap. 6. Cílem opatření požadovaných těmito dokumenty je zajistit maximální ochranu pracovníků a okolního obyvatelstva v případech, kdy výše zmíněná technická a organizační opatření patření selhala a  došlo k vážnému poškození aktivní zóny reaktoru a následné ztrátě integrity ochranné obálky.

Z charakteru pracovních činností a souvisejících zdrojů záření v JE vyplývá, že primárním rizikem pro pracovníky JE je riziko vnějšího ozáření, druhotným rizikem riziko vnitřního ozáření. Principy ochrany pracovníků v jaderné elektrárně jsou stejné jako na ostatních pracovištích se zdroji ionizujícího záření, tzn. osobní efektivní dávky pracovníků musí být udržovány na rozumně dosažitelné nízké úrovni. Praktické způsoby uplatnění tohoto principu závisejí na konkrétních podmínkách a především na typu jaderné elektrárny (jejích technologických součástí) a na řídícím a monitorovacím systému, a proto dále budou uvedena obecně platná zásady.

Osobní monitorování pracovníků JE musí poskytnou informaci nejen o celkové efektivní dávce jednotlivce za sledované období (zpravidla jeden měsíc), ale i o rozložení této dávky v závislosti na prováděných činnostech (zajišťuje se tzv. operativním monitorováním při jednotlivých činnostech). Velkou pozornost v procesu monitorování a usměrňování osobních dávek je třeba věnovat pracovníkům, kteří dodavatelsky zajišťují údržbu, opravy a jiné činnosti vedoucí k ozáření, a to zejména s ohledem na skutečnost, že tytéž činnosti mohou tito pracovníci vykonávat na více elektrárnách, ať již na území ČR nebo mimo ně. V projektu jaderné elektrárny musí být vyčerpávajícím způsobem specifikovány všechny technické prostředky i metodiky, které budou používány pro měření a vyhodnocování individuálního vnějšího i vnitřního ozáření.

Přesto, že na celkové kolektivní efektivní dávce pracovníků v JE za normální situace se úvazek kolektivní efektivní dávky v důsledku příjmu radionuklidů velmi malou měrou (méně než 1 %), je třeba kontrole vnitřního ozáření pracovníků věnovat trvalou pozornost. To se týká především všech pracovních operací s potenciálním rizikem příjmu radionuklidů, převážně inhalační cestou. Proto standardním zařízením elektrárny je celotělový počítač a laboratoře pro měření obsahu radionuklidů v exkretech. Vybraní pracovníci jsou pravidelně monitorováni na celotělovém počítači a stanovuje se rovněž aktivita 3H v jejich moči.

Program monitorování pracovišť JE poskytuje trvalou a úplnou informaci o příkonu ekvivalentních dávek a o objemové aktivitě radionuklidů v ovzduší v různých částech elektrárny, znalost těchto údajů je nutnou podmínkou pro uplatňování principu optimalizace radiační ochrany. Zároveň charakterizuje stav nejdůležitějších technologických součástí a může včas avizovat odchylky od normálního provozu a iniciovat nutná opatření. Celý systém radiačního monitorování vnitřních prostor jaderné elektrárny je stěžejní součástí projektu elektrárny a musí obsahovat podrobné údaje o typech používaných měřidel, jejich umístění, rozsazích měření a odolnosti měřidel, technickém řešení přenosu dat z těchto měřidel a způsobu zpracování a vyhodnocení těchto dat.

Vliv JE na okolní obyvatelstvo a na životní prostředí je dán především úrovní kvality technologického zařízení a úrovní řízení technologických procesů. Mírou této kvality je ozáření jednotlivce z obyvatelstva, resp. ozáření kritické skupiny obyvatelstva v důsledku radioaktivních výpustí do okolí. Kritickou skupinou se rozumí na základě racionálních modelů identifikovaná homogenně ozařovaná skupina osob (z daného zdroje a danou expoziční cestou), a to tak, že efektivní nebo ekvivalentní dávky jednotlivce z této skupiny jsou vyšší než kteréhokoliv jednotlivce z ostatní populace. Odhad ozáření musí zahrnovat obě expoziční cesty, tj. vnější ozáření od radionuklidů nacházejících se v okolí člověka a vnitřní ozáření v důsledku příjmu radionuklidů požitím nebo dýcháním.

Ochrana obyvatel je legislativně zakotvena v atomovém zákoně (zákon č. 18/1997 Sb. v platném znění) a jeho prováděcích předpisech, zejména ve vyhlášce č. 307/2002 Sb. v platném znění, o požadavcích na zajištění radiační ochrany a ve vyhlášce č. 219/1997 Sb. v platném znění, o podrobnostech k zajištění havarijní připravenosti jaderných zařízení a pracovišť se zdroji ionizujícího záření a o požadavcích na obsah vnitřního havarijního plánu a havarijního řádu.

Součástí povolovacího procesu provozu jaderného zařízení je schválení tzv. limitů a podmínek bezpečného provozu, které mj. obsahují i limity a podmínky stanovené pro výpusti z tohoto zařízení do okolí. Provozovatel zařízení je povinen trvale monitorovat (tj. sledovat, měřit, hodnotit a zaznamenávat) nejen výpusti do okolí, ale i okolí zařízení.

U monitorování výpustí je požadováno soustavné bilanční měření všech radionuklidů významně přispívajících k ozáření obyvatelstva a nepřetržitá měření schopná rychle signalizovat odchylky od běžného provozu (jednoznačný požadavek měřit výpusti radionuklidově specificky a nikoliv pouze sumárně). Kritériem bezpečnosti provozu jaderně energetického zařízení jsou hodnoty ozáření kritické skupiny obyvatel. V případě, že by u kritické skupiny obyvatel mohlo dojít k ozáření (od jaderné elektrárny a od všech ostatních jiných zařízení uvádějících radionuklidy do životního prostředí) převyšujícímu jednu dvacetinu základních limitů pro obyvatele (tj. 250 mSv roční efektivní dávky), je nutné optimalizaci radiační ochrany prokázat kvantitativní studií.

Provozovatel má zákonnou povinnost být připraven na všechny mimořádné události související s provozem zařízení a tuto připravenost musí průběžně ověřovat (tzv. havarijní připravenost). Připravenost se dokládá tzv. vnitřním havarijním plánem, ve kterém mj. musí být uvedeny a klasifikovány všechny uvažované mimořádné události, které mohou nastat při provozu zařízení, pro jednotlivé mimořádné události zde musí být uvedeny podrobné popisy činností (tzv. zásahové postupy a instrukce) včetně programu monitorování.

Pro výpočet efektivní dávky na jednotlivce z obyvatelstva v okolí jaderné elektrárny se uvažují se veškeré výpusti do ovzduší, tzn. z obou ventilačních komínů. Započítávají příspěvky všech vypouštěných radionuklidů, i těch radionuklidů, které se běžně neměří, a které jsou významné zejména z hlediska příspěvku ke globálním kolektivním dávkám. Pro výpusti do vodotečí byly stanoveny limity pro tritium a pro ostatní významné radionuklidy. Důvod pro toto rozdělení spočívá v tom, že tritium je řízeně odpouštěno, a úvazek efektivní dávky je z něho dominantní a nezávisí na úrovni dekontaminace vody, na těsnosti palivových článků apod.

Za normálního provozu slouží monitorování okolí jaderné elektrárny k potvrzování bezpečného provozu ve vztahu k okolí, v případě mimořádného úniku radionuklidů do prostředí je základním východiskem ke zhodnocení rizika tohoto úniku a jeho dopadu na obyvatelstvo. Při tvorbě programu monitorování okolí a při volbě vhodné techniky pro měření se dává přednost dosažení co nejmenších detekovatelných hodnot před uskutečňováním měření a odběrů na mnoha místech. Cílem monitorování je zaregistrování významných odchylek od hodnot přírodního pozadí. Tyto významné odchylky však lze očekávat jen za abnormálních a havarijních situací.