Все о радиоактивных отходах. Тема2. Радиоактивные отходы Как осуществляется захоронение радиоактивных отходов

Радиоактивные отходы (РАО) – побочные продукты технической деятельности, содержащие биологически опасные радионуклиды. РАО образуются:

• на всех этапах атомной энергетики (от производства топлива до работы ядерных энергетических установок (ЯЭУ), в том числе атомных электростанций (АЭС);
• при производстве, использовании и уничтожении ядерного оружия при производстве и применении радиоактивных изотопов.

РАО классифицируют по различным признакам (рис. 1): по агрегатному состоянию, по составу (виду) излучения, по времени жизни (периоду полураспада Т 1/2), по активности (интенсивности излучения).

Среди РАО наиболее распространенными по агрегатному состоянию считаются жидкие и твердые, в основном возникающие при работе атомных электростанций, других ЯЭУ и на радиохимических заводах по получению и переработке ядерного топлива. Газообразные РАО образуются в основном при работе АЭС, радиохимических заводов по регенерации топлива, а также при пожарах и других аварийных ситуациях на ядерных объектах.

Радионуклиды, содержащиеся в РАО, претерпевают спонтанный (самопроизвольный) распад, при котором происходит один (или последовательно несколько) из видов излучений: a -излучение (поток a -частиц – дважды ионизированных атомов гелия), b -излучение (поток электронов), g -излучение (жесткое коротковолновое электромагнитное излучение), нейтронное излучение.

Для процессов радиоактивного распада характерен экспоненциальный закон уменьшения во времени числа радиоактивных ядер, при этом продолжительность жизни радиоактивных ядер характеризуется периодом полураспада Т 1/2 – промежутком времени, за который число радионуклидов уменьшится в среднем наполовину. Периоды полураспада некоторых радиоизотопов, образующихся при распаде основного ядерного топлива – урана-235 – и представляющих наибольшую опасность для биологических объектов, приведены в таблице.

Таблица

Периоды полураспада некоторых радиоизотопов

США, активно проводившие в свое время испытания атомного оружия в Тихом океане, использовали один из островов для захоронения РАО. Складируемые на острове контейнеры с плутонием были закрыты мощными железобетонными панцирями с надписями-предостережениями, видимыми за несколько миль: держаться подальше от этих мест в течение 25 тыс. лет! (Напомним, что возраст человеческой цивилизации – 15 тыс. лет.) Некоторые контейнеры под влиянием непрекращающихся радиоактивных распадов разрушились, уровень радиации в прибрежных водах и донных породах превышает допустимые нормы и опасен для всего живого.

Радиоактивные излучения вызывают ионизацию атомов и молекул вещества, в том числе вещества живых организмов. Механизм биологического действия радиоактивных излучений сложен и до конца не изучен. Ионизация и возбуждение атомов и молекул в живых тканях, происходящие при поглощении ими излучений, лишь начальный этап в сложной цепи последующих биохимических превращений. Установлено, что ионизация приводит к разрыву молекулярных связей, изменению структуры химических соединений и в конечном итоге к разрушению нуклеиновых кислот и белка. Под действием радиации поражаются клетки, прежде всего их ядра, нарушаются способность клеток к нормальному делению и обмен веществ в клетках.

Наиболее чувствительны к радиационному воздействию кроветворные органы (костный мозг, селезенка, лимфатические железы), эпителий слизистых оболочек (в частности, кишечника), щитовидная железа. В результате действия радиоактивных излучений на органы возникают тяжелейшие заболевания: лучевая болезнь, злокачественные опухоли (нередко со смертельным исходом). Облучение оказывает сильное влияние на генетический аппарат, приводя к появлению потомства с уродливыми отклонениями или врожденными заболеваниями.

Рис. 2

Специфической особенностью радиоактивных излучений является то, что они не воспринимаются органами чувств человека и даже при смертельных дозах не вызывают у него болевых ощущений в момент облучения.

Степень биологического воздействия радиации зависит от вида излучения, его интенсивности и продолжительности воздействия на организм.

Единица радиоактивности в системе единиц СИ – беккерель (Бк): 1 Бк соответствует одному акту радиоактивного распада в секунду (внесистемная единица – кюри (Ки): 1 Ки = 3,7 10 10 актов распада за 1 с).

Поглощенная доза (или доза излучения ) – энергия любого вида излучения, поглощенная 1 кг вещества. Единица измерения дозы в системе СИ – грей (Гр): при дозе 1 Гр в 1 кг вещества при поглощении радиации выделяется энергия в 1 Дж (внесистемная единица – рад : 1 Гр = 100 рад, 1 рад = 1/100 Гр).

Радиоактивная чувствительность живых организмов и их органов различна: смертельная доза для бактерий составляет 10 4 Гр, для насекомых – 10 3 Гр, для человека – 10 Гр. Максимальная доза излучения, не причиняющая вреда организму человека при многократном действии, – 0,003 Гр в неделю, при единовременном действии – 0,025 Гр.

Эквивалентная доза излучения – основная дозиметрическая единица в области радиационной безопасности, введена для оценки возможного ущерба здоровью человека от хронического воздействия. Единица эквивалентной дозы в системе СИ – зиверт (Зв): 1 Зв – доза излучения любого вида, производящая такое же действие, как образцовое рентгеновское излучение в 1 Гр, или в 1 Дж/кг, 1 Зв = 1 Гр = 1 Дж/кг (внесистемная единица – бэр (биологический эквивалент рентгена), 1 Зв = 100 бэр, 1 бэр = 1/100 Зв).

Энергия источника ионизирующего излучения (ИИИ) измеряется обычно в электронвольтах (эВ): 1 эВ = 1,6 10 –19 Дж, для человека допустимо получать в год от ИИИ не более 250 эВ (разовая доза – 50 эВ).

Единица измерения рентген (Р) используется для характеристики состояния среды, подвергнувшейся радиоактивному загрязнению: 1 Р соответствует образованию в 1 см 3 воздуха при нормальных условиях 2,082 млн пар ионов обоих знаков, или 1 Р = 2,58 10 –4 Кл/кг (Кл – кулон).

Естественный радиоактивный фон – допустимая мощность эквивалентной дозы от естественных источников радиации (поверхности Земли, атмосферы, воды и т. д.) составляет в России 10–20 мкР/ч (10–20 мкбэр/ч, или 0,1–0,2 мкЗв/ч).

Радиоактивное заражение имеет глобальный характер не только по пространственным масштабам своего влияния, но и по времени действия, угрожая жизни людей в течение многих десятилетий (последствия кыштымской и чернобыльской аварий) и даже столетий. Так, основная «начинка» атомных и водородных бомб – плутоний-239 (Рu-239) – имеет период полураспада 24 тыс. лет. Даже микрограммы этого изотопа, попав в организм человека, вызывают раковые заболевания различных органов; три «апельсина» из плутония-239 потенциально могут уничтожить все человечество без всяких ядерных взрывов.

Ввиду безусловной опасности РАО для всех живых организмов и для биосферы в целом они нуждаются в дезактивации и (или) тщательном захоронении, что до сих пор является нерешенной проблемой. Проблема борьбы с радиоактивным загрязнением окружающей среды выдвигается на первый план среди других экологических проблем ввиду его огромных масштабов и особо опасных последствий. По мнению известного эколога А.В.Яблокова, «экологическая проблема № 1 в России – ее радиоактивное заражение».

Неблагоприятная радиологическая обстановка в отдельных регионах мира и России – результат прежде всего многолетней гонки вооружений в период холодной войны и создания оружия массового поражения.

Для производства оружейного плутония (Рu-239) в 1940-е гг. были построены первые ЯЭУ – реакторы (для атомного оружия требуются десятки тонн Рu-239; одну тонну этой «взрывчатки» производит ядерный реактор на медленных нейтронах мощностью 1000 МВт – такую мощность имеет один блок обычной АЭС типа Чернобыльской). Испытания ядерными державами (США, СССР, а затем Россией, Францией и другими странами) ядерного оружия в атмосфере и под водой, подземные ядерные взрывы в «мирных» целях, на которые сейчас наложен мораторий, привели к сильному загрязнению всех компонентов биосферы.

По программе «Мирный атом» (термин предложен американским президентом Д.Эйзенхауэром) в 1950-е гг. строительство АЭС началось сначала в США и СССР, а затем и в других странах. В настоящее время доля АЭС в производстве электрической энергии в мире составляет 17% (в структуре электроэнергетики России на долю АЭС приходится 12%). В России девять АЭС, из которых восемь расположены в европейской части страны (все станции были построены еще в период существования СССР), в том числе самая крупная – Курская – мощностью 4000 МВт.

Помимо арсенала ядерного оружия (бомб, мин, боеголовок), ЯЭУ, производящих взрывчатое вещество, и АЭС, источниками радиоактивного заражения окружающей среды в России (и на прилегающих к ней территориях) являются:

• атомный ледокольный флот, самый мощный в мире;
• подводные и надводные военные корабли с силовыми ЯЭУ (и несущие ядерное оружие);
• судоремонтные и судостроительные заводы таких кораблей;
• предприятия, занимающиеся переработкой и утилизацией радиоактивных отходов военно-промышленного комплекса (в том числе списанных подводных лодок) и АЭС;
• затонувшие атомные корабли;
• космические аппараты с ЯЭУ на борту;
• места захоронения РАО.

К этому перечню следует добавить, что до сих пор радиационная обстановка в России определяется последствиями аварий, произошедших в 1957 г. на производственном объединении (ПО) «Маяк» (Челябинск-65) в Кыштыме (Южный Урал) и в 1986 г. на Чернобыльской АЭС (ЧАЭС) 1 .

До сих пор радиоактивному загрязнению в результате аварии на Чернобыльской АЭС подвержены сельскохозяйственные угодья в Республике Мордовия и 13 областях Российской Федерации на площади 3,5 млн га. (О последствиях кыштымской аварии сказано ниже.)

Общая площадь радиационно дестабилизированной территории России превышает 1 млн км 2 с числом проживающих на ней более 10 млн человек. В настоящее время на территории России суммарная активность незахороненных РАО составляет более 4 млрд Ки, что эквивалентно по последствиям восьмидесяти чернобыльским катастрофам.

Наиболее неблагоприятная радиационная экологическая обстановка сложилась на севере европейской территории России, в Уральском районе, на юге Западно- и Восточно-Сибирского районов, в местах базирования Тихоокеанского флота.

Мурманская область по количеству ядерных объектов на душу населения превосходит все другие области и страны. Здесь широко распространены объекты, применяющие различные ядерные технологии. Из гражданских объектов это прежде всего Кольская АЭС (КАЭС), имеющая четыре энергоблока (два из них приближаются к выработке ресурса). Около 60 предприятий и учреждений используют различные радиоизотопные приборы технологического контроля. К мурманскому «Атомфлоту» приписано семь ледоколов и один лихтеровоз, на которых установлено 13 реакторов.

Основное количество ядерных объектов связано с вооруженными силами. Северный флот имеет на своем вооружении 123 атомных судна с 235 ядерными реакторами; береговые батареи включают в общей сложности 3–3,5 тыс. ядерных боеголовок.

Добыча и переработка ядерного сырья проводится на Кольском полуострове двумя специализированными горно-обогатительными комбинатами. Радиоактивные отходы, образующиеся при производстве ядерного топлива, при эксплуатации КАЭС и судов с ЯЭУ, накапливаются непосредственно на территории КАЭС и на специальных предприятиях, в том числе на военных базах. Низкоактивные РАО с гражданских предприятий захораниваются под Мурманском; отходы с КАЭС после выдержки на станции направляются на переработку на Урал; часть РАО военного флота временно хранится на плавучих базах.

Принято решение о создании специальных могильников РАО для нужд региона, в которых будут захораниваться уже накопленные отходы и вновь образующиеся, в том числе те, что будут образовываться при выводе из эксплуатации первой очереди КАЭС и судовых ЯЭУ.

В Мурманской и Архангельской областях ежегодно образуется до 1 тыс. м 3 твердых и 5 тыс. м 3 жидких РАО. Указанный уровень отходов удерживается последние 30 лет.

С конца 1950-х гг. по 1992 г. Советским Союзом в Баренцевом и Карском морях были захоронены твердые и жидкие РАО суммарной активностью 2,5 млн Ки, в том числе 15 реакторов с атомных подводных лодок (АПЛ), три реактора с ледокола «Ленин» (из них 13 аварийных реакторов АПЛ, в том числе шесть с невыгруженным ядерным топливом). Затопление ядерных реакторов и жидких РАО происходило и на Дальнем Востоке: в Японском и Охотском морях и у берегов Камчатки.

Опасную радиологическую обстановку создают аварии на АПЛ. Из них наиболее известная, получившая мировой резонанс, трагедия АПЛ «Комсомолец» (7 апреля 1989 г.), в результате которой погибло 42 члена экипажа, а лодка легла на грунт на глубине 1680 м вблизи острова Медвежий в Баренцевом море в 300 морских милях от побережья Норвегии. В активной зоне реактора лодки содержится примерно 42 тыс. Ки стронция-90 и 55 тыс. Ки цезия-137. Кроме того, на лодке есть ядерные боезапасы с плутонием-239.

Район северной Атлантики, где произошла катастрофа, – один из наиболее биологически продуктивных в Мировом океане, имеет особое экономическое значение и входит в сферу интересов России, Норвегии и ряда других стран. Результаты анализов показали, что пока выход радионуклидов с лодки во внешнюю среду незначителен, но в районе затопления формируется зона загрязнения. Этот процесс может иметь импульсный характер, особенно опасно при этом загрязнение плутонием-239, содержащимся в боезарядах лодки. Перенос радионуклидов по трофической цепи морская вода–планктон–рыба грозит серьезными экологическими и политико-экономическими последствиями.

На Южном Урале в Кыштыме расположено ПО «Маяк» (Челябинск-65), где с конца 1940-х гг. производится регенерация отработанного ядерного топлива. До 1951 г. возникающие в ходе переработки жидкие РАО просто сливались в речку Теча. Через сеть рек: Теча–Исеть–Обь – происходил вынос радиоактивных веществ в Карское море и с морскими течениями в другие моря Арктического бассейна. Хотя впоследствии такой сброс был прекращен, спустя более 40 лет концентрация радиоактивного стронция-90 на отдельных участках реки Теча превышала фоновую в 100–1000 раз. С 1952 г. ядерные отходы стали сбрасывать в озеро Карачай (названное техническим водоемом № 3) площадью в 10 км 2 . За счет тепла, выделяемого отходами, озеро в конце концов пересохло. Началась засыпка озера грунтом и бетоном; для окончательной засыпки, по расчетам, еще потребуется ~800 тыс. м скального грунта при стоимости работ 28 млрд рублей (в ценах 1997 г.). Однако под озером образовалась линза, заполненная радионуклидами, суммарная активность которых составляет 120 млн Ки (почти в 2,5 раза выше, чем активность излучения при взрыве 4-го энергоблока ЧАЭС).

Недавно стало известно, что в 1957 г. на ПО «Маяк» произошла серьезная радиационная авария: в результате взрыва емкости с РАО образовалось облако с радиоактивностью 2 млн Ки, растянувшееся на 105 км в длину и 8 км в ширину. Серьезному радиационному заражению (примерно 1/3 чернобыльского) подверглась площадь в 15 тыс. км 2 , на которой проживало более 200 тыс. человек. На радиационно зараженной территории был создан заповедник, где в течение десятков лет проводились наблюдения за живым миром в условиях повышенной радиации. К сожалению, данные этих наблюдений считались секретными, что не позволило дать необходимые медико-биологические рекомендации при ликвидации аварии на ЧАЭС. Аварии на «Маяке» происходили много раз, последняя по времени – в 1994 г. Тогда же в результате частичного разрушения хранилища РАО вблизи Петропавловска-Камчатского произошло временное повышение радиации по сравнению с фоновой в 1000 раз.

До сих пор на ПО «Маяк» ежегодно образуется до 100 млн Ки жидких РАО, часть которых просто сбрасывают в поверхностные водоемы. Твердые РАО складывают в могильники траншейного типа, не отвечающие требованиям безопасности, в результате чего радиоактивно загрязнено более 3 млн га земель. В зоне влияния ПО «Маяк» уровни радиоактивного загрязнения воздуха, воды и почвы в 50–100 раз выше средних значений по стране; отмечено возрастание количества онкологических заболеваний и детских лейкозов. На предприятии начаты строительство комплексов по остекловыванию высокоактивных и битумированию среднеактивных РАО, а также опытная эксплуатация металлобетонного контейнера для долговременного хранения отработанного ядерного топлива реакторов серии РБМК-1000 (подобного типа реакторы были установлены на ЧАЭС).

Суммарная радиоактивность имеющихся РАО в челябинской зоне, по некоторым оценкам, достигает огромной цифры – 37 млрд ГБк. Этого количества достаточно, чтобы превратить всю территорию бывшего СССР в аналог чернобыльской зоны отселения.

Другой очаг «радиоактивной напряженности» в стране – горно-химический комбинат (ГХК) по производству оружейного плутония и переработке РАО, расположенный в 50 км от Красноярска. На поверхности это город без определенного официального названия (Соцгород, Красноярск-26, Железногорск) со 100-тысячным населением; сам комбинат расположен глубоко под землей. Кстати, подобные объекты имеются (по одному) в США, Великобритании, Франции; ведется строительство такого объекта в Китае. О Красноярском ГХК, естественно, мало что известно, кроме того, что переработка ввозимых из-за границы РАО приносит доход 500 тыс. долларов за 1 т отходов. По свидетельству специалистов, радиационная обстановка на ГХК измеряется не в мкР/ч, а в мР/с! В течение десятков лет комбинат закачивает жидкие РАО в глубинные горизонты (по данным на 1998 г., их закачено ~50 млн м 3 с активностью 800 млн Ки), что грозит негативными последствиями как окрестностям Красноярска, так и Енисею – влияние сброса ГХК на воды Енисея прослеживается на расстоянии свыше 800 км.

Впрочем, захоронение высокоактивных РАО в подземные горизонты применяется и в других странах: в США, например, захоронение РАО производят в глубоких соляных копях, а в Швеции – в скальных породах.

Радиоактивное загрязнение окружающей среды атомными электростанциями возникает не только в результате чрезвычайных обстоятельств, а достаточно регулярно. Например, в мае 1997 г. во время технологического ремонта на Курской АЭС произошла опасная утечка в атмосферу цезия-137.

Предприятия атомной отрасли промышленности имеют дело с производством, применением, хранением, транспортировкой и захоронением радиоактивных веществ. Другими словами, образование РАО сопровождает все этапы топливного цикла атомной энергетики (рис. 2), что предъявляет особые требования к обеспечению радиационной безопасности.

Урановую руду добывают на рудниках подземным или открытым способом. Природный уран представляет собой смесь изотопов: урана-238 (99,3%) и урана-235 (0,7%). Поскольку основным ядерным горючим является уран-235, после первичной переработки руда поступает на обогатительный завод, где содержание урана-235 в руде доводится до 3–5%. Химическая переработка топлива заключается в получении обогащенного гексафторида урана 235 UF 6 для последующего производства твэлов (тепловыделяющих элементов).

Разработка урановых месторождений, как и любая другая отрасль горнодобывающей промышленности, ухудшает окружающую среду: выводятся из хозяйственного пользования значительные территории, изменяются ландшафт и гидрологический режим, происходит загрязнение воздуха, почвы, поверхностных и подземных вод радионуклидами. Количество РАО на стадии первичной переработки природного урана очень велико и составляет 99,8%. В России добыча и первичная переработка урана осуществляется только на одном предприятии – Приаргунском горно-химическом объединении. На всех работавших до последнего времени предприятиях по добыче и переработке урановых руд в отвалах и хвостохранилищах находится 108 м 3 РАО с активностью 1,8 10 5 Ки.

Твэлы, представляющие собой металлические стержни, в которых находится ядерное топливо (3% урана-235), размещаются в активной зоне реактора АЭС. Возможны различные виды цепных реакций деления урана-235 (различие в образующихся осколках и числе испускаемых нейтронов), например, такие:

235 U + 1 n ® 142 Ba + 91 Kr + 31 n ,
235 U + 1 n ® 137 Te + 97 Zr + 21 n ,
235 U + 1 n ® 140 Xe + 94 Sr + 21 n .

Тепло, выделяющееся при делении урана, нагревает воду, протекающую через активную зону и омывающую стержни. Примерно через три года содержание урана-235 в твэлах снижается до 1%, они становятся неэффективными источниками тепла и требуют замены. Каждый год треть твэлов удаляется из активной зоны и заменяется новыми: для типичной АЭС с мощностью 1000 МВт это означает ежегодное удаление 36 т твэлов.

В ходе ядерных реакций твэлы обогащаются радионуклидами – продуктами деления урана-235, а также (через серию b-распадов) плутонием-239:

238 U + 1 n ® 239 U(b ) ® 239 Np(b ) ® 239 Pu.

Отработанные твэлы транспортируются из активной зоны по подводному каналу в хранилища, заполненные водой, где хранятся в стальных пеналах несколько месяцев, пока большинство высокотоксичных радионуклидов (в частности, наиболее опасный йод-131) не распадется. После этого твэлы направляются на заводы по регенерации топлива, например для получения плутониевых сердечников для ядерных реакторов на быстрых нейтронах или оружейного плутония.

Жидкие отходы ядерных реакторов (в частности, вода первого контура, которая должна обновляться) после переработки (выпаривания) помещают в бетонные хранилища, расположенные на территории АЭС.

Определенное количество радионуклидов при работе АЭС выделяется в воздух. Радиоактивный йод-135 (один из главных продуктов распада в работающем реакторе) не накапливается в отработанном ядерном топливе, поскольку его период полураспада составляет всего 6,7 ч, но в результате последующих радиоактивных распадов превращается в радиоактивный газ ксенон-135, активно поглощающий нейтроны и потому препятствующий цепной реакции. Для предотвращения «ксенонового отравления» реактора ксенон удаляют из реактора через высокие трубы.

Об образовании отходов на этапах переработки и хранения отработанного ядерного топлива уже говорилось. К сожалению, все существующие и применяемые в мире методы обезвреживания РАО (цементирование, остекловывание, битумирование и др.), а также сжигание твердых РАО в керамических камерах (как на НПО «Радон» в Московской области) неэффективны и представляют значительную опасность для окружающей среды.

Особенно острой проблема утилизации и захоронения РАО атомных электростанций становится в настоящее время, когда наступает время демонтажа большинства АЭС в мире (по данным МАГАТЭ 2 , это более 65 реакторов АЭС и 260 реакторов, использующихся в научных целях). Отметим, что за время работы АЭС все элементы станции становятся радиоактивно опасными, особенно металлические конструкции зоны реакторов. Демонтаж АЭС по стоимости и срокам сравним с их строительством, при этом до сих пор нет приемлемой научно-технической и экологической технологии проведения демонтажа. Альтернатива демонтажу – герметизация станции и ее охрана в течение 100 и более лет.

Еще до прекращения пожара на ЧАЭС началась прокладка туннеля под реактор, создание под ним выемки, которую затем заполнили многометровым слоем бетона. Бетоном был залит и блок, и прилегающие к нему территории – это «чудо строительства» (и пример героизма без кавычек) ХХ в. получило название «саркофаг». Взорвавшийся 4-й энергоблок ЧАЭС до сих пор представляет собой крупнейшее в мире и опаснейшее плохо обустроенное хранилище РАО!

При использовании радиоактивных материалов в медицинских и других научно-исследовательских учреждениях образуется значительно меньшее количество РАО, чем в атомной отрасли промышленности и военно-промышленном комплексе – это несколько десятков кубических метров отходов в год. Однако применение радиоактивных материалов расширяется, а вместе с ним возрастает объем отходов.

Проблема РАО – составная часть «Повестки дня на XXI век»», принятой на Всемирной встрече на высшем уровне по проблемам Земли в Рио-де-Жанейро (1992) и «Программы действий по дальнейшему осуществлению “Повестки дня на ХХI век”», принятой Специальной сессией Генеральной Ассамблеи Организации Объединенных Наций (июнь 1997 г.). В последнем документе, в частности, намечена система мер по совершенствованию методов обращения с радиоактивными отходами, по расширению международного сотрудничества в этой области (обмен информацией и опытом, помощь и передача соответствующих технологий и др.), по ужесточению ответственности государств за обеспечение безопасного хранения и удаления РАО.

В «Программе действий...» констатируется ухудшение общих тенденций в области устойчивого развития мира, но выражается надежда, что к следующему международному экологическому форуму, намеченному на 2002 год, будет отмечен осязаемый прогресс в обеспечении устойчивого развития, направленного на создание благоприятных условий жизни будущих поколений.

Е.Э.Боровский

________________________________
1 Все приведенные ниже данные взяты из материалов открытых публикаций в государственных докладах «О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации» Государственного комитета РФ по охране окружающей среды и в российской экологической газете «Зеленый мир» (1995–1999 гг.).
2 Международное агентство по атомной энергии.

Радиоактивные отходы (РАО) – это те вещества, которые содержат радиоактивные элементы и в дальнейшем не могут использоваться вторично, так как не имеют практической ценности. Они образуются при добыче и переработке радиоактивной руды, при работе оборудования, выделяющего тепло, при утилизации ядерных отходов.

Виды и классификация радиоактивных отходов

По видам РАО разделяют:

• по состоянию – твердые, газообразные, жидкие;
• по удельной активности – высокоактивные, средней активности, низко активные, очень низкой активности
• по типам – удаляемые и особые;
• по сроку полураспада радионуклидов – долго- и короткоживущие;
• по элементам ядерного типа – с их наличием, с отсутствием;
• по добыче – при переработке урановых руд, при добыче минерального сырья.

Данная классификация актуальна и для России, и приняты на международном уровне. В целом разделение на классы не является окончательным, оно требует согласования с различными национальными системами.

Освобожденные от контроля

Существуют виды радиоактивных отходов, в которых совсем низкая концентрация радионуклидов. Они практически не несут опасности для окружающей среды. Такие вещества относятся к освобожденной категории. Ежегодное количество облучения от них не превышает уровня 10 мк3в.

Правила обращения с РАО

Радиоактивные вещества разделяются на классы не только для определения уровня опасности, но и для разработки правил обращения с ними:

• необходимо обеспечить защиту человека, который работает с РАО;
• следует повышать защиту окружающей среды от опасных веществ;
• контролировать процесс обезвреживания отходов;
• указывать уровень облучения на каждом могильнике на основе документов;
• контролировать накопление и использование радиоактивных элементов;
• в случае опасности нужно предотвращать аварии;
• в чрезвычайных случаях необходимо устранять все последствия.

В чем опасность РАО

Чтобы предотвратить такой исход, все предприятия, использующие радиоактивные элементы, обязуются применять системы фильтрации, контролировать деятельность производства, обеззараживать и утилизировать отходы. Это помогает предотвратить экологическую катастрофу.

Уровень опасности РАО зависит от нескольких факторов. Прежде всего, это количество отходов в атмосфере, мощность радиации, площадь зараженной территории, количество людей, которые на ней обитают. Поскольку эти вещества смертельно опасные, нужно в случае аварии ликвидировать катастрофу и эвакуировать население с территории. Также важно предотвратить и остановить перемещение РАО на другие территории.

Правила хранения и перевозки

Предприятие, работающее с радиоактивными веществами, должно обеспечить надежное хранение отходов. Оно предполагает сбор РАО, их передачу на захоронение. Необходимые для хранения средства и способы устанавливаются документами. Для них изготавливают специальные контейнеры из резины, бумаги и пластмассы. Также они сберегаются в холодильниках, металлических барабанах. Перевозка РАО осуществляется в специальных герметичных емкостях. В транспорте они должны надежно фиксироваться. Транспортировку могут осуществлять только те компании, которые имеют на это специальную лицензию.

Переработка

Выбор методов переработки зависит от особенностей отходов. Некоторые виды мусора измельчают и прессуют, чтобы оптимизировать объем отходов. Определенные остатки принято сжигать в печи. Переработка РАО должна соответствовать следующим требованиям:

• изоляция веществ от воды и других продуктов;
• устранить облучение;
• изолировать влияние на сырье и полезные ископаемые;
• оценить целесообразность переработки.

Сбор и удаление

Сбор и удаление РАО должен производиться в местах, где отсутствуют не радиоактивные элементы. При этом нужно учитывать агрегатное состояние, категорию отходов, их свойства, материалы, время полураспада радионуклидов, потенциальную угрозу вещества. В связи с этим нужно разработать стратегию обращения с РАО.

Для сбора и удаления нужно применять специализированное оборудование. Специалисты утверждают, что данные операции возможны только средне и низко активными веществами. Во время процесса каждый этап должен контролироваться, чтобы предотвратить экологическую катастрофу. Даже маленькая ошибка способна привести к аварии, загрязнению окружающей среды и гибели огромного количества людей. На устранение влияния радиоактивных веществ и восстановление природы понадобится много десятилетий.

Вывоз, переработка и утилизация отходов с 1 по 5 класс опасности

Работаем со всеми регионами России. Действующая лицензия. Полный комплект закрывающих документов. Индивидуальный подход к клиенту и гибкая ценовая политика.

С помощью данной формы вы можете оставить заявку на оказание услуг, запросить коммерческое предложение или получить бесплатную консультацию наших специалистов.

Отправить

Радиоактивные отходы представляют собой непригодные для дальнейшей деятельности вещества, содержащие в себе опасные элементы в большом количестве.

Различные природные и техногенные источники радиации провоцируют появление опасных отходов. Подобный мусор образуется во время следующих процессов:

• при создании ядерного топлива
• работе ядерного реактора
• обработка элементов топлива излучением
• производства, а также использования естественных или искусственных радиоизотопов

Сбор и дальнейшее обращение с радиоактивными отходами устанавливает законодательство РФ.

Классификация

В России классификация радиоактивных отходов основана на ФЗ № 190 от 11 июля 2011 года, регулирующем сбор и обращение с радиоактивными отходами.

Радиоактивные отходы могут иметь следующие типы:

• Удаляемые. Риск, который может появиться при извлечении, а также дальнейшем использовании вредного мусора. Эти затраты не должны быть выше риска, который связан с созданием могильника на территории страны.
• Особые. Риск, который включает в себя возможное воздействие опасной радиации, а также другие риски, основанные на извлечении из хранилища и дальнейшем использовании элементов. Должен превышать риски, которые связанные с их захоронением на территории расположения.

Критерии, по которым выполняется распределение, устанавливается Правительством России.

Классификация радиоактивных отходов выполняется по признакам:

Время полураспада радионуклидов, сюда включают:

• долгоживущие
• короткоживущие

Удельная активность. Так, зависимо от степени активности, радиоактивные отходы принято делить на:

• Слабоактивные, концентрация бета — излучающих радиоизотопов достигает 10 — 5 кюри / л в таком веществе.
• Средней активности, концентрация бета — излучающих радиоизотопов доходит больше 1 кюри / л.
• Низкоактивные.
• Очень низкоактивные.

Состояние. Существуют три вида подобного мусора:

• ЖРО (жидкие радиоактивные отходы)
• Твердые

Наличие элементов ядерного типа:

• наличие
• отсутствие

Также принято выделять:

• Материалы, образованные в процессе добычи (переработки) урановых руд.
• Материалы, образованные в результате добычи минерального (органического) сырья, не связанного с применением атомной энергии.

Опасность

Эти отходы крайне опасны для природы, так как они повышают уровень радиоактивного фона. Также возникает опасность попадания вредных веществ в человеческий организм с употребляемыми продуктами и водой. Результат - мутация, отравление или смерть.

Именно поэтому предприятиям рекомендуется использовать всевозможные фильтры, для того чтобы предотвратить попадание вредного мусора во внешнюю среду. В настоящий момент законодательство обязывает устанавливать специальные очистители, которые осуществляют сбор вредных элементов.

Уровень радиационной опасности зависит от:

• Количества РАО в биосфере.
• Мощности дозы, присутствующей гамма — радиации.
• Площади территории, подвергающейся загрязнению.
• Численности населения.

Радиоактивные отходы опасны своим проникновением в организм человека. Из — за этого необходимо локализовать подобные отработки на территории их образования. Очень важно предотвратить возможную миграцию этого сырья по существующим пищевым цепям животных и людей.

Хранение и перевозка

• Хранение радиоактивных отходов. Хранение подразумевает сбор и последующую передачу вредных элементов на переработку или захоронение.
• Захоронение – размещение отходов на могильниках. Таким образом опасный мусор выводится из сферы применения человеческой деятельности и не представляет опасности для окружающей среды.

Стоит отметить, что в могильники на хранение могут быть отправлены только твердые и отвержденные отходы. Период радиоактивной опасности отходов, должен быть ниже, чем время «жизни» инженерных сооружений, в которых происходит хранение и захоронение.

Следует учитывать и такие особенности, связанные с захоронением вредного мусора:

• Только радиоактивные отходы, срок возможной угрозы которых не выше 500 лет, будут отправлены на захоронение в отдаленной местности.
• Отходы, период опасности которых не больше нескольких десятков лет, предприятие может остановить на хранение на своей территории без направления на захоронение.

Предельное количество вредного мусора, отправленного на хранение, устанавливается на основании оценки безопасности могильника. Способы и средства для определения допустимого содержания отходов в специальном помещении можно найти в нормативных документах.

Контейнеры для данных отходов представляют собой одноразовые мешки, которые изготавливают из элементов:

• резины
• пластика
• бумаги

Сбор, хранение, перевозка и дальнейшее обращение с радиоактивными отходами, упакованных с использованием подобных емкостей, проводятся в специально оборудованных перевозных контейнерах. Помещения, предназначенные для хранения этих контейнеров, должны оснащаться защитными экранами, холодильниками или же контейнерами.

Существует большой перечень вариантов хранения различных РАО:

• Холодильники. Они предназначены для содержания трупов лабораторных животных, а также других органических материалов.
• Металлические барабаны. В них помещают пылевидные РАО и запаивают крышки.
• Водоупорная краска. Ей покрывают лабораторное оборудование для транспортировки.

Переработка

Обработка радиоактивных отходов возможна несколькими методами, выбор способа зависит от типа мусора, который будет подвержен обработки.

Утилизация радиоактивных отходов:

• Их измельчают и прессуют. Это необходимо для оптимизации объема сырья, а также для снижения активности.
• Сжигают в печах, которые используют для утилизации горючих остатков.

Переработка радиоактивных отходов обязательно должна соответствовать предъявляемым гигиеническим требованиям:

1. 100% гарантированная изоляция от пищевых продуктов и воды.
2. Отсутствие внешнего облучения, превышающего допустимый уровень.
3. Отсутствие отрицательного воздействия на месторождения полезных ископаемых.
4. Выполнение экономически целесообразных действий.

Сбор и удаление

Сбор и сортировка при дальнейшем уничтожении данных отходов в обязательном порядке проводиться в местах их появления отдельно от не радиоактивных веществ.

При этом должно быть учтено:

• Агрегатное состояние вредного вещества.
• Категория вещества.
• Количество материала, сбор которого необходимо осуществить.
• Каждое свойство вещества (химическое и физическое).
• Приблизительное время полураспада радионуклидов. Как правило, измерение представляется в сутках, то есть больше 15 дней или меньше 15 дней.
• Потенциальная угроза вещества (пожароопасность или взрывоопасность).
• Будущее обращение с радиоактивными отходами.

Стоит отметить важный момент – сбор и удаление возможно проделать только с низко и средне активными типами отходов.

НРАО — низко активные представляют собой вентиляционные выбросы, которые можно удалить через трубу и в дальнейшем рассеять. По норме ДКБ, который установил национальный оператор по обращению с радиоактивными отходами, существует параметр высоты и условий выброса.

Значение ДКБ рассчитывается следующим образом: отношение предела годового поступления вещества на конкретный объем воды (обычно берется 800 литров) или воздуха (8 млн. литров). В этом случае параметр ДКБ – предел годового поступления вредного вещества (радионуклидов) в организм человека через воду и воздух.

Очистка среднеактивных и жидких отходов

Сбор и удаление радиоактивного вещества средней активности проводят при помощи специальных устройств:

• Газгольдеры. Технология, задача которой заключается в приеме, хранении и последующей выдаче газа. Главная особенность заключается в том, что отходы с низким периодом полураспада (1 — 4 часа) будут заключены в устройство ровно столько, сколько потребуется для полной дезактивации вредного вещества.
• Адсорбционные колонны. Устройство предназначено для более полного удаления (около 98%) радиоактивных газов. Схема дезактивации следующая: газ охлаждается с процессом сепарации влаги, далее следует глубокая сушка в непосредственно самих колоннах и подача вещества в адсорбер, который содержит в себе уголь на поглощения вредных элементов.

Жидкие радиоактивные отходы, как правило, обрабатывают методом упаривания. Он представляет собой ионный обмен из двух этапов с предварительным очищением вещества от вредных примесей.

Существует и другой способ – жидкие отходы, которые опасны для окружающей среды, можно отчистить при помощи установок для облучения резины. В большинстве случаев используют облучатель типа Со — 60, хранение которого происходило в воде.

Понятие радиоактивных отходов

Источники появления отходов

Классификация

Обращение с радиоактивными отходами

Основные стадии обращения с радиоактивными отходами

Геологическое захоронение

Трансмутация

Радиоактивные отходы (РАО ) - отходы, содержащиерадиоактивныеизотопыхимических элементови не имеющие практической ценности.

Согласно российскому «Закону об использовании атомной энергии» (от 21 ноября 1995 года № 170-ФЗ) радиоактивные отходы - это ядерные материалы и радиоактивные вещества, дальнейшее использование которых не предусматривается. По российскому законодательству, ввоз радиоактивных отходов в страну запрещен.

Часто путают и считают синонимами радиоактивные отходы и отработавшее ядерное топливо. Следует различать эти понятия. Радиоактивные отходы, это материалы, использование которых не предусматривается. Отработавшее ядерное топливо представляет собой тепловыделяющие элементы, содержащие остатки ядерного топлива и множество продуктов деления, в основном 137 Csи 90 Sr, широко применяемые в промышленности, сельском хозяйстве, медицине и научной деятельности. Поэтому оно является ценным ресурсом, в результате переработки которого получают свежее ядерное топливо и изотопные источники.

Источники появления отходов

Радиоактивные отходы образуются в различных формах с весьма разными физическими и химическими характеристиками, такими, как концентрации и периоды полураспада составляющих их радионуклидов. Эти отходы могут образовываться:

В газообразной форме, как, например, вентиляционные выбросы установок, где обрабатываются радиоактивные материалы;

В жидкой форме, начиная от растворов сцинтилляционных счётчиков из исследовательских установок до жидких высокоактивных отходов, образующихся при переработке отработавшего топлива;

В твёрдой форме (загрязнённые расходные материалы, стеклянная посуда из больниц, медицинских исследовательских установок и радиофармацевтических лабораторий, остеклованные отходы от переработки топлива или отработавшего топлива от АЭС, когда оно считается отходами).

Примеры источников появления радиоактивных отходов в человеческой деятельности:

ПИР (природные источники радиации). Существуют вещества, обладающие природной радиоактивностью, известные как природные источники радиации (ПИР). Бо́льшая часть этих веществ содержит долгоживущие нуклиды, такие как калий-40, рубидий-87 (являются бета-излучателями), а также уран-238, торий-232 (испускают альфа-частицы) и их продукты распада. .

Работа с такими веществами регламентируются санитарными правилами, выпущенными Санэпиднадзором.

Уголь. Уголь содержит небольшое число радионуклидов, таких как уран или торий, однако содержание этих элементов в угле меньше их средней концентрации в земной коре.

Их концентрация возрастает в зольной пыли, поскольку они практически не горят.

Однако радиоактивность золы также очень мала, она примерно равна радиоактивности чёрного глинистого сланца и меньше, чем у фосфатных пород, но представляет известную опасность, так как некоторое количество зольной пыли остаётся в атмосфере и вдыхается человеком.При этом совокупный объём выбросов достаточно велик и составляет эквивалент 1000 тонн урана в России и 40000 тонн во всём мире.

Нефть и газ. Побочные продукты нефтяной и газовой промышленности часто содержат радий и продукты его распада. Сульфатные отложения в нефтяных скважинах могут быть очень богаты радием; вода, нефть и газ в скважинах часто содержат радон. При распаде радон образует твёрдые радиоизотопы, образующие осадок внутри трубопроводов. На нефтеперерабатывающих заводах участок производства пропана обычно является одной из самых радиоактивных зон, так как радон и пропан обладают одинаковой температурой кипения.

Обогащение полезных ископаемых. Отходы, полученные при обогащении полезных ископаемых, могут обладать природной радиоактивностью.

Медицинские РАО. В радиоактивных медицинских отходах преобладают источники бета- и гамма-лучей. Эти отходы разделены на два основных класса. В диагностической ядерной медицине используются короткоживущие гамма-излучатели, такие как технеций-99m (99 Tc m). Большая часть этих веществ распадается в течение короткого времени, после чего может быть утилизирована как обычный мусор. Примеры других изотопов, используемых в медицине (в круглых скобках указан период полураспада): Иттрий-90, используется при лечении лимфом(2,7 дня); Иод-131, диагностика щитовидной железы, лечение рака щитовидной железы (8 дней); Стронций-89, лечение рака костей, внутривенные инъекции (52 дня); Иридий-192, брахитерапия (74 дня); Кобальт-60, брахитерапия, внешняя лучевая терапия (5,3 года); Цезий-137, брахитерапия, внешняя лучевая терапия (30 лет).

Промышленные РАО. Промышленные РАО могут содержать источники альфа-, бета-, нейтронного или гамма-излучения. Альфа-источинки могут применять в типографии (для снятия статического заряда); гамма-излучатели используются в радиографии; источники нейтронного излучения применяются в различных отраслях, например, при радиометрии нефтяных скважин. Пример применения бета-источников: радиоизотопные термоэлектрические генераторы для автономных маяков и иных установок в труднодоступной для человека местности (например, в горах).

Радиоактивные отходы

Радиоактивные отходы (РАО ) - отходы, содержащие радиоактивные изотопы химических элементов и не имеющие практической ценности.

Согласно российскому «Закону об использовании атомной энергии» (от 21 ноября 1995 года № 170-ФЗ) радиоактивные отходы (РАО) - это ядерные материалы и радиоактивные вещества, дальнейшее использование которых не предусматривается. По российскому законодательству, ввоз радиоактивных отходов в страну запрещен.

Часто путают и считают синонимами радиоактивные отходы и отработавшее ядерное топливо . Следует различать эти понятия. Радиоактивные отходы, это материалы, использование которых не предусматривается. Отработавшее ядерное топливо представляет собой тепловыделяющие элементы, содержащие остатки ядерного топлива и множество продуктов деления, в основном 137 Cs и 90 Sr , широко применяемые в промышленности, сельском хозяйстве, медицине и научной деятельности. Поэтому оно является ценным ресурсом, в результате переработки которого получают свежее ядерное топливо и изотопные источники.

Источники появления отходов

Радиоактивные отходы образуются в различных формах с весьма разными физическими и химическими характеристиками, такими, как концентрации и периоды полураспада составляющих их радионуклидов. Эти отходы могут образовываться:

• в газообразной форме, как, например, вентиляционные выбросы установок, где обрабатываются радиоактивные материалы;
• в жидкой форме, начиная от растворов сцинтилляционных счётчиков из исследовательских установок до жидких высокоактивных отходов, образующихся при переработке отработавшего топлива;
• в твёрдой форме (загрязнённые расходные материалы, стеклянная посуда из больниц, медицинских исследовательских установок и радиофармацевтических лабораторий, остеклованные отходы от переработки топлива или отработавшего топлива от АЭС , когда оно считается отходами).

Примеры источников появления радиоактивных отходов в человеческой деятельности:

Работа с такими веществами регламентируются санитарными правилами, выпущенными Санэпиднадзором .

• Уголь . Уголь содержит небольшое число радионуклидов, таких как уран или торий, однако содержание этих элементов в угле меньше их средней концентрации в земной коре.

Их концентрация возрастает в зольной пыли, поскольку они практически не горят.

Однако радиоактивность золы также очень мала, она примерно равна радиоактивности чёрного глинистого сланца и меньше, чем у фосфатных пород, но представляет известную опасность, так как некоторое количество зольной пыли остаётся в атмосфере и вдыхается человеком. При этом совокупный объём выбросов достаточно велик и составляет эквивалент 1000 тонн урана в России и 40000 тонн во всём мире.

Классификация

Условно радиоактивные отходы делятся на:

• низкоактивные (делятся на четыре класса: A, B, C и GTCC (самый опасный);
• среднеактивные (законодательство США не выделяет этот тип РАО в отдельный класс, термин в основном используется в странах Европы);
• высокоактивные.

Законодательство США выделяет также трансурановые РАО. К этому классу относятся отходы, загрязненные альфа-излучающими трансурановыми радионуклидами, с периодами полураспада более 20 лет и концентрацией большей 100 нКи /г, вне зависимости от их формы или происхождения, исключая высокоактивные РАО . В связи с долгим периодом распада трансурановых отходов их захоронение проходит тщательнее, чем захоронение малоактивных и среднеактивных отходов. Также особое внимание этому классу отходов выделяется потому, что все трансурановые элементы являются искусственными и поведение в окружающей среде и в организме человека некоторых из них уникально.

Ниже приведена классификация жидких и твёрдых радиоактивных отходов в соответствии с «Основными санитарными правилами обеспечения радиационной безопасности" (ОСПОРБ 99/2010).

Одним из критериев такой классификации является тепловыделение. У низкоактивных РАО тепловыделение чрезвычайно мало. У среднеактивных оно существенно, но активный отвод тепла не требуется. У высокоактивных РАО тепловыделение настолько велико, что они требуют активного охлаждения.

Обращение с радиоактивными отходами

Изначально считалось, что достаточной мерой является рассеяние радиоактивных изотопов в окружающей среде , по аналогии с отходами производства в других отраслях промышленности . На предприятии «Маяк» в первые годы работы все радиоактивные отходы сбрасывались в близлежащие водоёмы. Вследствие чего загрязнёнными оказались теченский каскад водоёмов и сама река Теча .

Позже выяснилось, что за счёт естественных природных и биологических процессов радиоактивные изотопы концентрируются в тех или иных подсистемах биосферы (в основном в животных, в их органах и тканях), что повышает риски облучения населения (за счёт перемещения больших концентраций радиоактивных элементов и возможного их попадания с пищей в организм человека). Поэтому отношение к радиоактивным отходам было изменено.

1) Защита здоровья человека . Обращение с радиоактивными отходами осуществляется таким образом, чтобы обеспечить приемлемый уровень защиты здоровья человека.

2) Охрана окружающей среды . Обращение с радиоактивными отходами осуществляется таким образом, чтобы обеспечить приемлемый уровень охраны окружающей среды.

3) Защита за пределами национальных границ . Обращение с радиоактивными отходами осуществляется таким образом, чтобы учитывались возможные последствия для здоровья человека и окружающей среды за пределами национальных границ.

4) Защита будущих поколений . Обращение с радиоактивными отходами осуществляется таким образом, чтобы предсказуемые последствия для здоровья будущих поколений не превышали соответствующие уровни последствий, которые приемлемы в наши дни.

5) Бремя для будущих поколений . Обращение с радиоактивными отходами осуществляется таким образом, чтобы не налагать чрезмерного бремени на будущие поколения.

6) Национальная правовая структура . Обращение с радиоактивными отходами осуществляется в рамках соответствующей национальной правовой структуры, предусматривающей чёткое распределение обязанностей и обеспечение независимых регулирующих функций.

7) Контроль за образованием радиоактивных отходов . Образование радиоактивных отходов удерживается на минимальном практически осуществимом уровне.

8) Взаимозависимости образования радиоактивных отходов и обращения с ними . Надлежащим образом учитываются взаимозависимости между всеми стадиями образования радиоактивных отходов и обращения с ними.

9) Безопасность установок . Безопасность установок для обращения с радиоактивными отходами надлежащим образом обеспечивается на протяжении всего срока их службы.

Основные стадии обращения с радиоактивными отходами

• При хранении радиоактивных отходов их следует содержать таким образом, чтобы:
  • обеспечивались их изоляция, охрана и мониторинг окружающей среды;
  • по возможности облегчались действия на последующих этапах (если они предусмотрены).

В некоторых случаях хранение может осуществляться главным образом по техническим соображениям, например, хранение радиоактивных отходов, содержащих в основном короткоживущие радионуклиды, в целях их распада и последующего сброса в санкционированных пределах, или хранение радиоактивных отходов высокого уровня активности до их захоронения в геологических формациях в целях уменьшения тепловыделения.

• Предварительная обработка отходов является первоначальной стадией обращения с отходами. Она включает сбор, регулирование химического состава и дезактивацию и к ней может относиться период промежуточного хранения. Эта стадия очень важна, так как во многих случаях в ходе предварительной обработки представляется наилучшая возможность для разделения потоков отходов.

• Обработка радиоактивных отходов включает операции, цель которых состоит в повышении безопасности или экономичности посредством изменения характеристик радиоактивных отходов. Основные концепции обработки: уменьшение объёма, удаление радионуклидов и изменение состава. Примеры:
  • сжигание горючих отходов или уплотнение сухих твёрдых отходов;
  • выпаривание , фильтрация или ионный обмен потоков жидких отходов;
  • осаждение или флокуляция химических веществ.

Капсула для радиоактивных отходов

• Кондиционирование радиоактивных отходов состоит из таких операций, в процессе которых радиоактивным отходам придают форму, приемлемую для перемещения, перевозки, хранения и захоронения. Эти операции могут включать иммобилизацию радиоактивных отходов, помещение отходов в контейнеры и обеспечение дополнительной упаковки. Общепринятые методы иммобилизации включают отверждение жидких радиоактивных отходов низкого и среднего уровней активности путём их включения в цемент (цементирование) или битум (битумирование), а также остекловывание жидких радиоактивных отходов. Иммобилизованные отходы в свою очередь в зависимости от характера и их концентрации могут упаковываться в различные контейнеры, начиная от обычных 200-литровых стальных бочек до имеющих сложную конструкцию контейнеров с толстыми стенками. В многих случаях обработка и кондиционирование проводятся в тесной связи друг с другом.

• Захоронение главным образом состоит в том, что радиоактивные отходы помещаются в установку для захоронения при соответствующем обеспечении безопасности без намерения их изъятия и без обеспечения долгосрочного наблюдения за хранилищем и технического обслуживания. Безопасность в основном достигается посредством концентрации и удержания, что предусматривает изоляцию надлежащим образом концентрированных радиоактивных отходов в установке для захоронения.

Технологии

Обращение со среднеактивными РАО

Обычно в ядерной индустрии среднеактивные РАО подвергаются ионному обмену или другим методам, целью которых является концентрация радиоактивности в малом объёме. После обработки уже гораздо менее радиоактивное тело полностью обезвреживают. Существует возможность использовать гидроксид железа в качестве флокулянта для удаления радиоактивных металлов из водных растворов. После абсорбции радиоизотопов гидроксидом железа полученный осадок помещают в металлический барабан, где он перемешивается с цементом, образуя твердую смесь. Для большей стабильности и долговечности бетон изготовляют из зольной пыли или печного шлака и портландцемента (в отличие от обычного бетона, который состоит из портландцемента, гравия и песка).

Обращение с высокоактивными РАО

Удаление малоактивных РАО

Перевозка опок с высокоактивными РАО на поезде, Великобритания

Хранение

Для временного хранения высокоактивных РАО предназначены резервуары для хранения отработанного ядерного топлива и хранилища с сухотарными бочками, позволяющие распасться короткоживущим изотопам перед дальнейшей переработкой.

Витрификация

Долговременное хранение РАО требует консервации отходов в форме, которая не будет вступать в реакции и разрушаться на протяжении долгого времени. Одним из способов достижения подобного состояния является витрификация (или остеклование). В настоящее время в Селлафилде (Великобритания) высокоактивные РАО (очищенные продукты первой стадии пурекс-процесса) смешивают с сахаром и затем кальцинируют. Кальцинирование подразумевает прохождение отходов через нагретую вращающуюся трубу и ставит целью испарение воды и деазотирование продуктов деления, чтобы повысить стабильность получаемой стекловидной массы.

В полученное вещество, находящееся в индукционной печи, постоянно добавляют измельченное стекло. В результате получается новая субстанция, в которой при затвердении отходы связываются со стеклянной матрицей. Это вещество в расплавленном состоянии вливается в цилиндры из легированной стали . Охлаждаясь, жидкость затвердевает, превращаясь в стекло, которое является крайне устойчивым к воздействию воды. По данным международного технологического общества, потребуется около миллиона лет, чтобы 10 % такого стекла растворилось в воде.

После заполнения цилиндр заваривают, затем моют. После обследования на предмет внешнего загрязнения стальные цилиндры отправляют в подземные хранилища. Такое состояние отходов остаётся неизменным в течение многих тысяч лет.

Стекло внутри цилиндра имеет гладкую чёрную поверхность. В Великобритании вся работа проделывается с использованием камер для работы с высокоактивными веществами. Сахар добавляется для предотвращения образования летучего вещества RuO 4 , содержащего радиоактивный рутений. На Западе к отходам добавляют боросиликатное стекло, идентичное по составу пирексу ; в странах бывшего СССР обычно применяют фосфатное стекло. Количество продуктов деления в стекле должно быть ограничено, так как некоторые элементы (палладий , металлы платиновой группы и теллур) стремятся образовать металлические фазы отдельно от стекла. Один из заводов по витрификации находится в Германии , там перерабатываются отходы деятельности небольшой демонстрационной перерабатывающей фабрики, прекратившей своё существование.

В 1997 году в 20 странах, обладающих большей частью мирового ядерного потенциала, запасы отработанного топлива в хранилищах внутри реакторов составляли 148 тыс. тонн, 59 % из которых были утилизированы. Во внешних хранилищах находилось 78 тыс. тонн отходов, из которых утилизировано 44 %. С учетом темпов утилизации (около 12 тыс. тонн ежегодно), до окончательного устранения отходов ещё достаточно далеко.

Геологическое захоронение

Поиски подходящих мест для глубокого окончательного захоронения отходов в настоящее время ведутся в нескольких странах; ожидается, что первые подобные хранилища вступят в эксплуатацию после 2010 года. Международная исследовательская лаборатория в швейцарском Гримзеле занимается вопросами, посвящёнными захоронению РАО. Швеция говорит о своих планах по прямому захоронению использованного топлива с использованием технологии KBS-3, после того, как шведский парламент счёл её достаточно безопасной. В Германии в настоящее время ведутся дискуссии о поисках места для постоянного хранения РАО, активные протесты заявляют жители деревни Горлебен региона Вендланд . Это место вплоть до 1990 года казалось идеальным для захоронения РАО благодаря своей близости к границам бывшей Германской демократической республики . Сейчас РАО находятся в Горлебене на временном хранении, решение о месте их окончательного захоронения пока не принято. Власти США выбрали местом захоронения Юкка-Маунтин, штат Невада , однако данный проект встретил сильное противодействие и стал темой жарких дискуссий. Существует проект создания международного хранилища высокоактивных РАО, в качестве возможных мест захоронения предлагаются Австралия и Россия . Однако власти Австралии выступают против подобного предложения.

Существуют проекты захоронения РАО в океанах, среди которых - захоронение под абиссальной зоной морского дна, захоронение в зоне субдукции , в результате чего отходы будут медленно опускаться к земной мантии , а также захоронение под природным или искусственным островом. Данные проекты имеют очевидные достоинства и позволят решить на международном уровне неприятную проблему захоронения РАО, но, несмотря на это, в настоящее время они заморожены из-за запрещающих положений морского права. Другая причина состоит в том, что в Европе и Северной Америке всерьёз опасаются утечки из подобного хранилища, что приведет к экологической катастрофе. Реальная возможность подобной опасности не доказана; тем не менее, запреты были усилены после сброса РАО с кораблей. Однако, в будущем о создании океанских хранилищ РАО всерьёз способны задуматься страны, которые не смогут найти других решений данной проблемы.

В 1990-х годах было разработано и запатентовано несколько вариантов конвейерного захоронения в недра радиоактивных отходов. Технология предполагалась следующая: пробуривается стартовая скважина большого диаметра глубиной до 1 км, внутрь опускается капсула, загруженная концентратом радиоактивных отходов весом до 10 т, капсула должна саморазогреваться и в форме «огненного шара» проплавлять земную породу. После заглубления первого «огненного шара» в ту же скважину должна опускаться вторая капсула, затем третья и т. д., создавая некий конвейер.

Повторное использование РАО

Ещё одним применением изотопам, содержащимся в РАО, является их повторное использование. Уже сейчас цезий-137 , стронций-90 , технеций-99 и некоторые другие изотопы используются для облучения пищевых продуктов и обеспечивают работу радиоизотопных термоэлектрических генераторов.

Удаление РАО в космос

Отправка РАО в космос является заманчивой идеей, поскольку РАО навсегда удаляются из окружающей среды. Однако у подобных проектов есть значительные недостатки, один из самых важных - возможность аварии ракеты-носителя. Кроме того, значительное число запусков и большая их стоимость делает это предложение непрактичным. Дело также усложняется тем, что до сих пор не достигнуты международные соглашения по поводу данной проблемы.

Ядерный топливный цикл

Начало цикла

Отходы начального периода ядерного топливного цикла - обычно полученная в результате извлечения урана пустая порода, испускающая альфа-частицы . Она обычно содержит радий и продукты его распада.

Главный побочный продукт обогащения - обеднённый уран, состоящий главным образом из урана-238, с содержанием урана-235 менее 0,3 %. Он находится на хранении в форме UF 6 (отвальный гексафторид урана) и может быть также переведен в форму U 3 O 8 . В небольших количествах обедненный уран находит применение в областях, где ценится его крайне высокая плотность, например при изготовлении килей яхт и противотанковых снарядов. Между тем, в России и за рубежом накопилось несколько миллионов тонн отвального гексафторида урана , планов по дальнейшему использованию которого в обозримой перспективе нет. Отвальный гексафторид урана может использоваться (вместе с повторно используемым плутонием) для создания смешанного оксидного ядерного топлива (которое может иметь спрос при условии строительства в стране в значительных количествах реакторов на быстрых нейтронах) и для разбавления высокообогащенного урана, входящего ранее в состав ядерного оружия . Это разбавление, называемое также обеднением, означает, что любая страна или группировка, получившая в своё распоряжение ядерное топливо, должна будет повторить очень дорогой и сложный процесс обогащения, прежде чем сможет создать оружие.

Окончание цикла

Вещества, в которых подошёл к концу ядерный топливный цикл (в основном это отработавшие топливные стержни), содержат продукты деления, испускающие бета- и гамма-лучи. Они также могут содержать актиноиды , испускающие альфа-частицы, к которым относятся уран-234 (234 U), нептуний-237 (237 Np), плутоний-238 (238 Pu) и америций-241 (241 Am), а иногда даже источники нейтронов, такие как калифорний-252 (252 Cf). Эти изотопы образуются в ядерных реакторах.

Важно различать обработку урана с целью получения топлива и переработку использованного урана. Использованное горючее содержит высокорадиоактивные продукты деления. Многие из них являются поглотителями нейтронов, получив, таким образом, название «нейтронных ядов». В конечном итоге их количество возрастает до такой степени, что, улавливая нейтроны, они останавливают цепную реакцию даже при полном удалении стержней-поглотителей нейтронов .

Достигшее этого состояния топливо необходимо заменить свежим, несмотря на по-прежнему достаточное количество урана-235 и плутония. В настоящее время в США использованное топливо отправляется на хранение. В других странах (в частности, в России, Великобритании, Франции и Японии), это топливо перерабатывается с целью удаления продуктов деления, затем после дообогащения возможно его повторное использование. В России такое топливо называется регенерированным. Процесс переработки включает работу с высокорадиоактивными веществами, а удалённые из топлива продукты деления - это концентрированная форма высокоактивных РАО, так же, как используемые в переработке химикаты.

Для замыкания ядерного топливного цикла предполагается использовать реакторы на быстрых нейтронах , который позволяет перерабатывать топливо, являющееся отходами работы реакторов на тепловых нейтронах .

К вопросу о распространении ядерного оружия

При работе с ураном и плутонием часто рассматривается возможность их использования при создании ядерного оружия. Активные ядерные реакторы и запасы ядерного оружия тщательно охраняются. Однако, высокоактивные РАО из ядерных реакторов могут содержать плутоний. Он идентичен плутонию, используемому в реакторах, и состоит из 239 Pu (идеально подходящего для создания ядерного оружия) и 240 Pu (нежелательный компонент, крайне радиоактивен); эти два изотопа очень тяжело разделить. Более того, высокоактивные РАО из реакторов полны высокорадиоактивных продуктов деления; впрочем, их большая часть - короткоживущие изотопы . Это означает, что возможно захоронение отходов, и через много лет продукты деления распадутся, уменьшив радиоактивность отходов и облегчив работу с плутонием. Более того, нежелательный изотоп 240 Pu распадается быстрее, чем 239 Pu, таким образом, качество сырья для создания оружия со временем растет (несмотря на уменьшение количества). Это вызывает споры о том, что с течением времени хранилища отходов могут превратиться в своеобразные «рудники плутония», из которых относительно легко можно будет добыть сырье для оружия. Против этих предположений говорит тот факт, что период полураспада 240 Pu составляет 6560 лет, а период полураспада 239 Pu - 24110 лет, таким образом, сравнительное обогащение одного изотопа относительно другого произойдет только через 9000 лет (это означает, что в течение этого времени доля 240 Pu в веществе, состоящем из нескольких изотопов, самостоятельно уменьшится вдвое - типичное превращение реакторного плутония в оружейный плутоний). Следовательно, «рудники оружейного плутония» если и станут проблемой, то только в очень отдаленном будущем.

Одно из решений этой проблемы - повторно использовать переработанный плутоний в качестве топлива, например, в быстрых ядерных реакторах. Однако само существование фабрик по регенерации ядерного топлива, необходимой для отделения плутония от других элементов, создает возможность для распространения ядерного оружия. В пирометаллургических быстрых реакторах получаемые отходы имеют актиноидную структуру, что не позволяет использовать их для создания оружия.

Переработка ядерного оружия

Отходы от переработки ядерного оружия (в отличие от его изготовления, которое требует первичного сырья из реакторного топлива), не содержат источников бета- и гамма-лучей, за исключением трития и америция. В них содержится гораздо большее число актиноидов, испускающих альфа-лучи, таких как плутоний-239, подвергающийся ядерной реакции в бомбах, а также некоторые вещества с большой удельной радиоактивностью, такие как плутоний-238 или полоний .

В прошлом в качестве ядерного заряда в бомбах предлагались бериллий и высокоактивные альфа-излучатели, такие как полоний. Сейчас альтернативой полонию является плутоний-238. По причинам государственной безопасности, подробные конструкции современных бомб не освещаются в литературе, доступной широкому кругу читателей.

Некоторые модели также содержат (РИТЭГ), в которых в качестве долговечного источника электрической мощности для работы электроники бомбы используется плутоний-238.

Возможно, что расщепляющееся вещество старой бомбы, подлежащее замене, будет содержать продукты распада изотопов плутония. К ним относятся альфа-излучающий нептуний-236, образовавшийся из включений плутония-240, а также некоторое количество урана-235, полученного из плутония-239. Количество этих отходов радиоактивного распада ядра бомбы будет очень мало, и в любом случае они гораздо менее опасны (даже в переводе на радиоактивность как таковую), чем сам плутоний-239.

В результате бета-распада плутония-241 образуется америций-241, увеличение количества америция - большая проблема, чем распад плутония-239 и плутония-240, так как америций является гамма-излучателем (возрастает его внешнее воздействие на рабочих) и альфа-излучателем, способным вызвать выделение тепла. Плутоний может быть отделен от америция различными путями, среди которых - пирометрическая обработка и извлечение при помощи водного/органического растворителя. Видоизмененная технология извлечения плутония из облучённого урана (PUREX) - также один из возможных методов разделения.

В массовой культуре

Реально же воздействие радиоактивных отходов описывается воздействием ионизирующего излучения на вещество и зависит от их состава (какие радиоактивные элементы входят в состав). Радиоактивные отходы не приобретают никаких новых свойств, не становятся опаснее от того, что они - отходы. Их бо́льшая опасность обсуловлена только тем, что часто их состав очень разнообразен (как качественно, так и количественно) и иногда неизвестен, что усложняет оценку степени их опасности, в частности, доз, получаемых в результате аварии.

См. также

Примечания

Ссылки

• Безопасность при обращении с радиоактивными отходами. Общие положения. НП-058-04
• Key Radionuclides and Generation Processes (недоступная ссылка)
• Belgian Nuclear Research Centre - Activities (недоступная ссылка)
• Belgian Nuclear Research Centre - Scientific Reports (недоступная ссылка)
• International Atomic Energy Agency - Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology Program (недоступная ссылка)
• (недоступная ссылка)
• Nuclear Regulatory Commission - Spent Fuel Heat Generation Calculation (недоступная ссылка)