Переработка ядерных отходов


Россия использует около 3800 тонн природного урана в год, которое после отработки нужно утилизировать. Чтобы уменьшить объемы захоронения радиоактивных отходов, руководство страны планирует максимально закрыть топливный цикл и использовать переработанный уран, а также использовать плутоний в МОКС-топливе (содержит несколько видов оксидов делящихся материалов).

Что такое радиоактивные отходы?

Переработка ядерных отходов
Радиоактивные отходы относятся к 1 классу опасности.

Радиоактивные отходы – это тот же мусор, отработанное ядерное топливо, в котором содержаться радиоактивные изотопы химических элементов, и их ценность равна нулю.

Не так давно успехи в этом направлении были ограничены – в 2011 году было переработано только около 16% отработанного топлива, в том числе ВВЭР-440 (водо-водяной энергетический реактор), БН-600, исследовательских и военно-морских реакторов. Переработанный уран в основном используется для топлива РБМК (реактор большой мощности канальный). К 2030 году Росатом надеется полностью закрыть топливный цикл.

Где происходит переработка ядерных отходов в России?


Переработка ядерных отходов
Основным предприятием по утилизации ядерных отходов в России является ФГУП ПО «Маяк».

Нельзя утверждать, что об утилизации отработанного радиоактивного топлива не задумывались ранее. Переработка началась в 1977 году, и несколько проектов были реализованы на двух объектах:

  1. На производственном объединении «Маяк» в Озерске установка по переработке отработавшего топлива РТ-1 была впервые обновлена ​​и возвращена в эксплуатацию в 2016 году, а затем будет закрыта примерно в 2030 году;
  2. На Горно-химическом комбинате (ГХК) в Железногорске в 2015 году была введена в эксплуатацию установка по производству МОКС-топлива для быстрых реакторов. Установка РТ-2, объект известен под обозначением Красноярск-26.

Дальнейшее развитие перерабатывающей ядерные отходы отрасли:

  1. Пилотный демонстрационный центр по переработке отработавшего ядерного топлива был введен в эксплуатацию в 2015 году.
  2. Полномасштабная установка РТ-2 будет завершена к 2025 году для переработки использованного топлива ВВЭР, РБМК и BН в смешанное оксидное (МОХ) топливо или в регенерированную смесь оксидов урана и плутония.
  3. На комбинате в Железногорске хранилище отработавшего топлива будет дополнено сухим хранилищем, введенным в эксплуатацию в 2012 году, которое станет пунктом назначения для всего использованного в России топлива.

Все использованное топливо хранится на площадках реактора в течение не менее трех лет, чтобы обеспечить снижение температуры и радиоактивности. Отходы с высоким сгоранием требуют больше времени, прежде чем будут готовы к транспортировке. 

В настоящее время отработанное топливо реакторов РБМК и реакторов ВВЭР-1000 хранится в основном на площадках реакторов и не подвергается переработке. Ожидается, что к моменту начала существенной переработки на комбинате в Железногорске около 20 000 тонн отработанного топлива, расположенных в хранилищах, увеличатся в два раза, достигнут массы до 40 000 тонн.

В конце 2007 года было решено, что производство МОКС-топлива с использованием переработанных материалов как из легкой воды, так и из быстрых реакторов должно основываться на электрометаллургической (пирохимической) переработке. Целями закрытия топливного цикла являются:

  1. Минимизация затрат,
  2. Минимизация объема отходов, рециркуляция второстепенных актинидов (для сжигания), исключая выделенный плутоний;
  3. Организация всех процедур в системах с дистанционным управлением. Этот путь переработки еще предстоит разработать.

В августе 2016 года была объявлена ​​новая программа по обращению с отработанным топливом до 2020 года. Она предусматривает обращение с радиоактивными отходами, их транспортировку отработанного топлива на «Маяк» в Озерске для переработки или в центральное хранилище в ГХК в Железногорске. Запланировано, что этот завод по переработке будет полностью введен в эксплуатацию примерно в 2019-2020 годах.

Сведения об РТ-1

Переработка ядерных отходов
РТ-1 является лишь одним из семи заводов ПО «Маяк».

Завод РТ-1 был запущен в 1971 году, с 2000 года был расширен и модифицирован, чтобы принимать самые разные материалы, включая топливо исследовательских реакторов.  До 2012 года было переработано около 5000 тонн отработанного топлива. А затем производительность снизилась до 100 т в год после потери иностранных контрактов. 

В 2015 году РТ-1 переработал 230 тонн топлива, что на 35% больше, чем в 2014 году, и его мощность постепенно увеличивалась до 400 т в год. Рассчитан на все типы реакторов российского производства, в частности ВВЭР-1000 и РБМК. С 2017 года завод также перерабатывал топливо из нитрида урана. Однако после ввода в действие РТ-2 на ГХК в Железногорске он должен быть выведен из эксплуатации примерно к 2030 году.


Перерабатывающий завод РТ-2

Завод по переработке РТ-2 в Железногорске в настоящее время находится на пути к завершению с производительностью 700 т в год к 2025 году (в дополнение к 250 т / год на Пилотном демонстрационном центре). К 2028 году планируется еще 800 т в год.

Первоначально планировалось иметь две линии по 1500 тонн в год, но в течение некоторого времени проект находился на рассмотрении. Строительство началось в 1984 году, а затем было остановлено в 1989 году, хотя 30-40% работ были завершены. Причина – общественное недовольство и отсутствие средств (хотя в 1993 году было официально объявлено, что центр «в стадии строительства»). 

В настоящее время реализация проекта возобновлена. Как ожидается, РТ-2 будет работать примерно с 2025 года с использованием усовершенствованного процесса как для топлива ВВЭР-1000 и РБМК, так и для топлива ВН. Его стоимость составляет около $2 млрд. Объект может стать частью новой Глобальной инициативы в области ядерной инфраструктуры, и рассматривается вопрос об иностранном акционерном капитале в акционерном обществе.

Экспериментальный демонстрационный центр

Предназначен для реализации нескольких технологий переработки, эксплуатируется, как и запланированный РТ-2, в Железногорске. Проект обошелся в 8,4 млрд рублей и завершен в 2015 году как «стратегический инвестиционный проект». 


Его начальная мощность с исследовательскими горячими камерами составляет 10 т в год. Затем добились увеличения объемов до 100 т в год, а с 2018 года – до 250 т в год. Применяются инновационные технологии, включая кристаллизацию и одновременное измельчение газового, термомеханического и отработавшего топлива.

Первоначально центр будет иметь дело с топливом ВВЭР-1000, затем с топливом из быстрых реакторов. Фактически, это будет первая очередь большой реконструированной установки РТ-2 на площадке ГКХ в Железногорске, которая должна быть введена в эксплуатацию примерно в 2025 году.

Другие заводы по переработке ядерных отходов

Разгружают могильники радиоактивных отходов и другие перерабатывающие производства. На Сибирском химическом комбинате «Северск» предполагается, что с 2023 года будет работать установка по переработке нитридного топлива реакторов на быстрых нейтронах Брест, которая завершит этот топливный цикл.

В 2016 году было объявлено, что вывод из эксплуатации завода по смешиванию высокообогащенного урана (ВОУ) на комбинате будет завершен к 2022 году. Завод был построен в 1996 году на конверсионном заводе. Его цель – реализация российско-американской программы по смешиванию ВОУ с российского производства и ядерного оружия в низкообогащенный уран для экспорта и использования на атомных электростанциях США. Эта программа завершена в 2013 году.

По данным Никит-Атомстроя, на Курской АЭС строится завод по переработке и утилизации ядерных отходов. Завершен участок, который полностью введен в эксплуатацию в конце 2014 года. Предназначен для переработки жидких радиоактивных отходов. Остальные два участка проекта включают установку по переработке твердых радиоактивных отходов и хранилище.


Что делают с отработанным ядерным топливом с АЭС?

Источник: vyvoz.org

Что такое ядерные отходы?

Радиация, как и продукты её порождающие, всегда была на земле. Природный радиационный фон не мешает жизнедеятельности животных и растений. Деятельность любознательного человека, обнаружившего однажды, на что способен атом, привела к тому, что ранее скрытая энергия получила применение сразу во многих сферах:

  • наука;
  • сельское хозяйство;
  • промышленность;
  • образование;
  • оборона.

Всё сказанное послужило причиной образования и постепенного накопления отходов, содержащих радиоактивные элементы.

Ядерные или радиоактивные отходы (РАО) – это предметы и вещества, в которых содержатся элементы, представляющие угрозу для среды и живых организмов. Всё, что относится к данной группе, не может использоваться в качестве вторсырья.

Откуда появляются ядерные отходы?


Ядерные отходы

Радиоактивные отходы могут быть различных форм и отличаться по химическим и физическим свойствам:

  • периоду полураспада радионуклидов;
  • концентрации.

Агрегатное состояние может быть:

  1. Твёрдым. К данной группе относятся предметы, загрязнённые радиацией: детали медицинских аппаратов, расходные материалы радиологических лабораторий, остекленевшие топливные отработки и т. п.
  2. Жидким. Таковыми являются высокоактивные отходы, образованные отработанным топливом, растворы сцинтилляционных счётчиков и др.
  3. Газообразным. Это могут быть выбросы вентиляционных систем, используемых в местах обработки ядерных материалов.

Основными источниками образования ядерных отходов служат атомные станции, медицина, подводные лодки, система обороны РФ.

Классификация

Наука разделила РАО на 3 группы:


  • высокоактивные;
  • среднеактивные;
  • низкоактивные (внутри класса применяется разделение на 4 категории: A, B, C, GTCC).

В США применяется разделение на 4 группы. Четвёртый класс – это трансурановые РАО. Их отличает длительный период полураспада, более 20 лет, искусственность происхождения, а также большая концентрация — 100 нКи/г.

Твердые радиоактивные отходы

Ядерные отходы

В твёрдом агрегатном состоянии могут быть высокоактивные, среднеактивные, низкоактивные, а также очень низкоактивные вещества и предметы. Характеристики такие:


п/п

Класс и показатель удельной активности кБк/кг трансурановые радионуклиды альфа-излучающие радионуклиды

(исключая трансурановые)

бета-излучающие радионуклиды (исключая тритий) тритий
1. Высокоактивные более 105 более 106 более 107 более 1011
2. Среднеактивные 102 — 105 103 — 106 104 — 107 108 — 1011
3. Низкоактивные 101 — 102 102 — 103 103 до 104 107 — 108
4. Очень низкоактивные до 101 до 102 до 103 до 107

Жидкие радиоактивные отходы

В жидком агрегатном состоянии могут быть высокоактивные, среднеактивные и низкоактивные вещества. Характеристики такие:


п/п

Класс и показатель удельной активности кБк/кг трансурановые радионуклиды альфа-излучающие радионуклиды

(исключая трансурановые)

бета-излучающие радионуклиды (исключая тритий) тритий
1. Высокоактивные более 105 до 102 более 107 более 108
2. Среднеактивные 101 — 105 102 — 106  103 — 107 104 — 108
3. Низкоактивные до 101 до 102 до 103 до 104

Важным показателем, характеризующим ядерные отходы, является тепловыделение. Наиболее высокое оно у высокоактивных веществ. Их необходимо интенсивно охлаждать. У среднеактивных показатель тоже высок, но нет необходимости в отводе тепла. Самое незначительное тепловыделение у низкоактивных отходов.

Как утилизируют ядерные отходы?

Ядерные отходы

Изначально утилизации РАО не придавалось большого значения. Специалисты, работающие с данными классами отходов, полагали, что радиоактивный мусор можно, как и иные виды отходов, рассеивать в окружающей среде. Заблуждение привело к тому, что была загрязнена река Теча и теченский каскад водоёмов, куда сбрасывало отходы предприятие «Маяк».

Позднее учёные пришли к неутешительным выводам, что радиоактивные изотопы за счёт биологических и природных процессов концентрируются в биосферных подсистемах (тканях и органах живых существ). Выбрасываемые в среду РАО могут попасть в организмы людей вместе с пищей или водой.

На сегодняшний день отношение к ядерным отходам в корне изменилось. Их утилизируют по специальному регламенту таким образом, чтобы не был причинён вред окружающей среде.

Принципы, которых придерживаются при захоронении РАО

За годы эксплуатации атома мировое сообщество сформировало принципы утилизации РАО. Они касаются всех процессов:

  • сбор;
  • переработка;
  • захоронение.

Все принципы базируются на том, чтобы не причинить вреда природе и всем, кто живёт на планете с учётом интересов поколений, которые будут жить в будущем.

В основе процесса утилизации отходов лежит правильность выбора территории под организацию захоронения. Следует учитывать:

  • удельную активность РАО и период полураспада;
  • особенности природных условий.

Безопасность при захоронении ядерного мусора: требования

Ядерные отходы

Сегодня сооружают две разновидности могильников атомных отходов:

  1. Хранилища, располагающиеся в неглубоких впадинах или недалеко от поверхности земли, рассчитанные на десятки лет.
  2. Глубокие могильники РАО, располагающиеся в отработанных шахтах или на океаническом дне.

Сотрудники хранилищ и лица, ответственные за выбор и обустройство места для захоронения РАО, должны чётко следовать установленным правилам:

  1. Зона размещения не должна быть сейсмически неблагоприятной.
  2. Вблизи могильника не должно вестись никакого строительства. Это чревато повреждением контейнеров с ядерным содержимым.
  3. Ближайший населённый пункт должен быть не ближе 20 км.
  4. На санитарную зону, которая не входит в зону отчуждения, должен быть выделен ещё 1 км радиуса.
  5. Все конструкции, располагающиеся на полигоне РАО, должны быть изготовлены из                        непропускающих радиацию материалов.
  6. Должен быть исключён риск оползней.
  7. Нельзя устраивать могильники в районах присутствия водоёмов и грунтовых вод. Должна быть полностью исключена угроза затопления.
  8. Заполненное и законсервированное хранилище должно быть на 100% автономным.

Обработка ядерного мусора

Ядерные отходы

В России перед тем, как складировать РАО в хранилища, осуществляют обработку опасных материалов. Делается это сразу после тщательной проверки на целостность упаковки и излучаемый радиационный фон.

Применяется несколько способов обработки.

Трансмутация

Данный способ на сегодняшний день не практикуется и остаётся на теоретическом уровне. Оборудование, которое потребуется для реализации метода, в стадии разработки.

Суть методики в том, что процесс изменит срок жизни нуклидов. Дезактивация ядерного утиля позволит вырабатывать энергию, что сделает методику не только экологичной мерой, но и экономически целесообразной.

Синрок

Методику придумали австралийские учёные. Её суть в то, что создаётся особый синтетический материал, напоминающий по свойствам керамику, пригодную для длительного хранения. Полученный продукт можно использовать.

Для реализации метода используют специальные печи, в которых материал обработки подвергается давлению и нагреванию до высоких температур.

Витрификация или остекловывание

Методика применяется для переработки жидких РАО. На сегодняшний день это один из наиболее прогрессивных обеззараживающих методов. В отработавшее сырьё добавляют сахар, а затем испаряют из него влагу. Опасные вещества выпариваются в сильно разогретой вращающейся трубке.

В результате получается порошок, который смешивают со стеклом (осколками) и помещают в индукционные печи. Расплавленное сырьё заливается в специальные контейнеры из стали. Ёмкости моют, проверяют и отправляют в хранилища.

Переработка РАО в России

В РФ ядерный мусор перерабатывают на предприятиях, являющихся подразделениями концерна РосАтом. Низкоактивные РАО сжигаются. Выделяемый  дым подвергают фильтрованию в специальной многоступенчатой системе. Остатки горения заливаются жидким стеклом, смешанным с бором или цементом.

Жидкий утиль выпаривается с целью снижения радиоактивности. Твёрдый мусор подвергают прессованию.

Полученные радиоактивные «полуфабрикаты» помещают в ёмкости вместимостью 100 либо 200 л и снова прессуют. Полученное складируют в контейнеры и заливают цементом.

Как хранятся ядерные отходы?

Ядерные отходы

Для хранения ядерного мусора применяются контейнеры, сделанные из материалов, которые не пропускают радиацию. К таким материалам относятся:

  • свинец;
  • сталь;
  • железобетон;
  • полиэтилен, обогащённый бромом.

Бочки должны быть сухотарные. Хранилища используются для временного нахождения ядерного мусора. То, что имеет длительный срок полураспада, в дальнейшем отправляют на захоронение; имеющее короткий срок перерабатывают после того, как оно становится неопасными.

Важно: В процессе решения всё ещё остаётся проблема старых подводных лодок СССР. 180 из них на настоящий момент остаются законсервированными неэффективными методами и выделяют радиацию.

Для РАО с подводных лодок создан комплекс Сайда Губа, в который будут перемещены опасные отходы.

Территории захоронения ядерного мусора

Радиоактивное топливо, которое отработало срок, в естественной среде скапливает в большом количестве продукты деления. Материал способен разогреваться на сотни градусов. Это является причиной того, что на первых порах его помещают в специальные бассейны, организованные при атомных станциях. В течение нескольких лет людей и окружающую среду защищает вода, в которую помещаются стержни реакторов.

В специальные хранилища ядерные отходы отправляются тогда, когда отпадает необходимость в их охлаждении. Применяется 2 вида хранения РАО:

  • «сухие» хранилища;
  • «мокрые» хранилища.

Рассмотрим варианты подробнее.

Ядерные отходы

«Сухие» хранилища РАО

Хранение осуществляется в залах, оснащённых модулями из бетона, каждый из которых разбит на герметично закрывающиеся отсеки, в которые и закладываются РАО. В роли охладителя выступает воздух. Воздуховоды располагаются таким образом, чтобы создавалось подобие печной тяги.

Важно: «Сухой» способ более безопасен и менее затратен.

 «Мокрые» хранилища

Место человека в таких хранилищах занимают машины. Сначала жидкие РАО, прибывшие на место в сильно разогретом состоянии, охлаждают  воздухом. Затем ОЯТ помещают в бассейн, где вскрывается крышка защищающего кожуха, и опасная жидкость перемещается в специальный чехол, который отправляется на дезактивацию.

Такие хранилища представляют собой большие, выстланные металлом залы. Чехлы соединяются отсеками, которые скрыты 2-метровым слоем дистиллированной воды.

Контейнеры для твёрдых ядерных отходов

К ёмкостям, в которых хранятся твёрдые РАО, предъявляются такие требования:

  • запрещено хранить жидкий радиоактивный мусор;
  • полная герметичность, сохраняемая при различных условиях.

Иные пути захоронения ядерных отходов

Помимо перечисленных видов захоронений РАО, есть и другие методы, которые либо остались в теоретическом исполнении, либо не получили одобрения мирового сообщества.

Выброс РАО в космос

Ядерные отходы

Предлагалось выбрасывать ядерный мусор в космос, направляя ёмкости, содержащие опасный утиль на траекторию земной орбиты или в сторону солнца. Метод отвергли, сочтя его опасным и дорогостоящим.

Помещение РАО в ледниковые щиты

Под прицел попали Гренландия и Антарктида. Предполагалось, что контейнеры будут размещаться в ледниках. Разогретые контейнеры растапливали бы лёд и постепенно уходили в его толщи. В роли барьера выступал бы вновь образованный лёд.

К счастью, способ не был реализован на практике.

Размещение РАО в зонах подвижек

Местом таких захоронений должны были стать разломы литосферных плит, располагающихся в глубинах океанических и морских вод. Ядерные отходы постепенно были бы похоронены потоками лавы и магмы.

Способ не был одобрен мировым сообществом.

Помещение под морским дном

Предполагалось обустроить могильники ниже дна океана. Ядерные захоронения должны были располагаться вблизи безлюдных островов.

Идея не была реализована.

Погребение в морские глубины

Авторы идеи хотели, чтобы ядерные отходы, специальным образом упакованные, выбрасывались в морские глубины с палуб кораблей. Данная методика недолгое время применялась Францией, Бельгией и ФРГ. Вскоре метод был запрещён.

Проекты международного уровня

Завершение холодной войны благотворно сказалось на ситуации с утилизацией ядерных отходов. Пока ещё не создана единая стратегия её решения, однако делаются шаги в данном направлении.

На международном уровне вопросом занимается ООН. Одна из обсуждаемых идей – строительство огромного могильника на необитаемых территориях Австралии или России. Идея не реализована из-за того, что столкнулась с большим количеством протестов.

ЗЯТЦ – замкнутый ядерный цикл

Суть концепции ЗЯТЦ в том, что ОЯТ, выгруженный из ядерного реактора, будет подвергаться переработке. Полученное сырьё станет пригодно для вторичного применения. Это длинная, практически нескончаемая цепочка, благодаря которой можно будет добывать меньше урана, и продолжить снижение добычи в сторону полного замораживания.

На данный момент технология оттачивается на предприятиях РосАтом.

Могильники ядерных отходов в РФ

Ядерные отходы

Законодательство России регламентирует все процессы, связанные с утилизацией ядерных отходов. Ежегодно количество уже имеющегося опасного мусора пополняется 5 миллионами тонн РАО. Три  миллиона тонн подлежит дезактивации и дальнейшему захоронению.

Захоронения ядерных отходов располагаются:

  • на реке Тече;
  • в Озёрске;
  • на озере Качай.

Заключение

Ядерные отходы всегда будут представлять опасность для человечества. Проблемы, связанные с опасными видами мусора, должны решаться на международном уровне. В идеале людям стоит отказаться от использования энергии атома, заменив его более безопасными энергетическими источниками.

Источник: OthodovNet.com

Я уже рассказывал о том, как занимаются ядерным наследием, т.е. накопленными ядерными проблемами прошлого века в виде, например, атомных подлодок, озер с радиоактивными отходами (РАО), промышленных реакторов. Но самой опасной с радиационной точки зрения штукой и в мирной и в военной атомных программах является облученное (или отработанное) ядерное топливо (ОЯТ) – то, что выгружают из реакторов. И при его переработке образуются самые высокоактивные РАО. Об их захоронении этот пост.

Переработка ядерных отходов
Схема пункта захоронения высокоактивных РАО в Красноярском крае. Источник.

Источники и виды РАО

Помимо основной массы непрореагировавшего урана, на каждую тонну ОЯТ приходится до 10 кг плутония и до 20-30 кг осколков деления – новых радиоактивных элементов, образовавшихся в результате деления ядерного топлива. Этот ядерный компот не только чрезвычайно химически токсичен, но и является настолько мощным источником излучения, что может убить человека буквально за минуты. При этом само ОЯТ в нашей стране, как и в некоторых других, не считается отходом (хотя это не везде так), поскольку в России принята стратегия постепенного перехода на замкнутый ядерный топливный цикл с переработкой ОЯТ и выделением из него урана и плутония для последующего вторичного использования.

Однако при переработке ОЯТ образуются самые высокоактивные отходы, которые содержат как продукты деления, так и долгоживущие трансурановые элементы. Всего РАО по российской классификации делятся на несколько классов:

Переработка ядерных отходов
Классификация РАО. Источник

Так вот, при переработке ОЯТ образуются самые опасные из них — 1-го (высокоактивные отходы с высоким тепловыделением) и 2-го класса (высоко- и среднеактивные отходы с низким тепловыделением). Переработка каждой тонны ОЯТ дает десятки кубометров высокоактивных жидких отходов. Перерабатывают их пока только на ПО «Маяк» путем остекловывания. Сейчас на временном хранении там накопилось около 7000 м3 таких остеклованных отходов, в которых заключено более 700 млн Ки активности. Про остекловывание ВАО на Маяке можно посмотреть вот этот репортаж:

По действующему законодательству все РАО должны отправляться на окончательное захоронение. Созданием таких пунктов захоронения РАО (ПЗРО) с 2011 года занимается специальная организация — Национальный оператор по обращению с РАО. Уже введен в строй первый пункт ПЗРО в Новоуральске, строятся еще несколько пунктов вблизи мест образования и временного хранения РАО (В Озерске, Северске и др). Но все эти ПЗРО рассчитаны на РАО 3 и 4 классов – средне и низкоактивные отходы. Для них достаточно создать приповерхностные хранилища, в которых радионуклиды распадутся естественным образом за 400-500 лет.

В поисках надежного места

А как быть с отходами 1 и 2 классов, которые будут распадаться еще тысячи и миллионы лет? Для них нужно построить такое хранилище, которое позволит локализовать отходы в одном месте в течение такого длительного срока. Но у людей попросту нет опыта строительства чего-либо, рассчитанного на такой срок службы. Даже египетским пирамидам всего несколько тысяч лет.

Поэтому в мире принят подход по поиску чего-то надежного, что создано гораздо лучшим строителем и изобретателем – самой природой. Речь о подземных геологических породах, сохраняющихся миллионы лет. Интересно, что природа уже дала людям подсказки, что такой способ захоронения РАО в принципе реализуем. Около 2 млрд лет назад «работал» известный ядерный реактор в урановом месторождении Окло в Габоне, в Африке. Естественная цепная реакция привела к образованию того же типа радиоактивных отходов, как и в искусственных ядерных реакторах. Исследования показали, что большинство продуктов деления, а так же плутоний, переместились не более чем на 1,8 м от того места, где они сформировались 2 млрд лет назад.

Но прежде чем организовать такого рода искусственное хранилище, надо изучить предполагаемые места их размещения и убедиться, что они для этого подходят. Для этого сначала на месте будущего глубинного ПЗРО (ПГЗРО), или независимо от него, строят подземную исследовательскую лабораторию (ПИЛ). Подобных лабораторий в мире существует около трех десятков, а некоторые уже функционируют как пункты глубинного геологического захоронения, например, опытная установка по изоляции трансурановых РАО WIPP в США (соляные формации на глубине 650 м) и пункт захоронения короткоживущих НАО и САО в Венгрии, сооруженный на глубине 250 м в гранитных породах. Однако подобных сооружений, предназначенных для дальнейшего захоронения высокоактивных отходов, на 2015 год было всего 4:

Переработка ядерных отходов
Статус сооружения глубинных лабораторий и пунктов захоронений для высокоактивных отходов на 2015 г. Источник.

Переработка ядерных отходов
Схема подземного хранилища ОЯТ Онкало в Финляндии — одного из самых первых и наиболее продвинутых подобных хранилищ. Подробнее о нем можно почитать в посте у tnenergy

В России сейчас пока нет ПГЗРО для опасных отходов, но работы по его созданию ведутся давно. И сейчас уже начато строительство подземной лаборатории. Место для нее начали выбирать еще с начала 1990-х. Как и с другими видами РАО, подходящие места для пунктов финальной изоляции подыскивались вблизи объектов образования отходов для сокращения транспортных операций. Поскольку отходы 1-го и 2-го класса образовывались в основном при переработке ОЯТ, т.е. на комбинатах «ПО «Маяк», ФГУП «ГХК», и АО «СХК» (там, где работали промышленные реакторы), то рассматривались площадки рядом с ними. Подходящее место нашлось возле Горно-химического комбината в Нижнеканском массиве (НКМ) скальных пород, в 6 км от города Железногорска и в 4,5 км от реки Енисей. Немаловажным оказался и сам факт длительной эксплуатации подземного Горно-химического комбината. Но еще важнее то, что именно на ГХК уже создано хранилище ОЯТ ВВЭР-1000, а в будущем тут планируют построить масштабный завод РТ-2 по переработке этого ОЯТ, так что в будущем ПГЗРО будет как раз вблизи места образования высокоактивных РАО.

Переработка ядерных отходов
Площадка для подземной исследовательской лаборатории в Нижнеканском массиве.

В 2008-2011 для обоснования строительства ПИЛ пробурили геологоразведочные скважины глубиной до 700 метров. Возможность размещения пункта, прежде всего, зависит от геологических условий. Среда должна быть малопроницаемой – это может быть глина, соль, непористые скальные породы. В Финляндии и Швеции, например, подобные ПЗРО разместили в скальных породах, во Франции – в глинах. В НМК геологическая среда — горная порода гнейс, возрастом более 2,5 млрд лет в виде цельного массива размером полтора на полтора километра.

Подземная исследовательская лаборатория
Подземная исследовательская лаборатория будет представлять из себя сеть подземных сооружений на глубине 450-550 метров и будет включать в себя:

  • три вертикальных ствола (технологический для спуска РАО, а на этапе стройки — для подъема породы, вспомогательный – для спуска работников, третий — вентиляционный.), два из которых будут иметь диаметр 6 и 6,5 метров;
  • горизонтальные выработки, оконтуривающие площадь будущего размещения подземных сооружений ПГЗРО для захоронения РАО на горизонте 450 м;
  • исследовательские выработки НКМ-лаборатории на горизонтах глубиной 450 и 525 метров;
  • дополнительно на горизонте 450 метров создается поперечная выработка для исследований массива горных пород внутри площади будущего размещения подземных сооружений ПГЗРО.

Переработка ядерных отходов
Схема ПИЛ

РАО 1-го класса планируется захоранивать в вертикальных скважинах глубиной 75 метров, в толстостенных пеналах, с мощным бентонитовым барьером. РАО 2-го класса – в штабелях контейнеров в горизонтальных подземных выработках. Однако загрузка РАО начнется не раньше, чем через 10 лет.

До этого надо построить ПИЛ и провести в ней поэтапные исследования по 150 направлениям – это и дополнительные исследования пригодности горных пород для безопасного глубинного захоронения долгоживущих РАО, исследование свойств системы инженерных барьеров, созданных человеком, отработка транспортно-технологических схем строительства и эксплуатации объекта. Часть работ будет идти параллельно со строительством ПИЛ. Курировать проведение исследований будет Институт проблем безопасного развития атомной энергетики РАН.

Переработка ядерных отходов
Вид на стройплощадку ПИЛ в 2019 году. Источник.

Строительные работы начались на объекте в 2018 году. Сейчас они ведутся на поверхности, идет выравнивание площадки, строительство наземных объектов, ведётся подготовка к горнопроходческим работам. Буровые работы начнутся в следующем году, после завершится строительство энергетического комплекса мощностью 40 МВт. На каждый ствол при проходке потребуется около 4 МВт, так что мощности будут с запасом. С началом бурения начнутся и исследования.

Помимо ПИЛ создается наземный Демонстрационно-исследовательский центр (ДИЦ). В нем будут тренироваться работать с оборудованием по обращению с РАО, с его упаковками и транспортными контейнерами, с системами контроля, а также работать с общественностью и экспертами. Т.е. это будет своего рода наземный офис ПИЛ.

Завершить создание ПИЛ планируют в 2026 году. Затем еще в течение минимум 5 лет буду идти исследования, однако планы могут сдвинуться, т.к. объект уникальный и заранее запланировать все нельзя, а ответственность огромная. Зарубежная практика такова, что исследования на подобных объектах идут минимум 10-20 лет. Плюс в том, что мы можем частично использовать чужой опыт.

После проведения всех исследований, где-то в 2030-х, начнется поэтапное строительство собственно пункта захоронения, а затем и его эксплуатация. Конечно, лишь в случае, если исследования подтвердят, что место пригодно для захоронения РАО 1-го и 2-го классов. Если нет, то его можно будет перепрофилировать под хранение менее долгоживущих отходов.

Источник: habr.com

В СССР был свой радиоактивный ад в Чернобыле, а в Тихом океане уже скоро может начаться новый. Про эту угрозу и истоки её появления мы рассказывали здесь.

А здесь разобрались, какие существуют варианты для утилизации или хранения радиоактивных отходов и отработавшего ядерного топлива. И если Финляндия решила встать на путь окончательного геологического захоронения, то в России приоритеты другие.

В тексте национального доклада РФ о выполнении обязательств установленных объединенной конвенцией МАГАТЭ (Международное агентство по атомной энергии) прямо прописано, что "в основу государственной политики Российской Федерации в области обращения с отработавшим ядерным топливом (ОЯТ) положен принцип его переработки для обеспечения экологически приемлемого обращения с продуктами деления и возврата в ядерный топливный цикл регенерированных ядерных материалов".

Ядерная и радиационная безопасность в РФ является одной из важнейших составляющих национальной безопасности. Для её обеспечения разработана федеральная целевая программа "Обеспечение ядерной и радиационной безопасности на 2016–2020 годы и на период до 2030 года".

Упор делаетсяна переработку, а не на окончательное захоронение (хотя такая опция тоже рассматривается).

Переработка

Стремление к настоящему замкнутому ядерному топливному циклу — это, конечно, очень здорово и действительно важно и для атомной отрасли (добыча урана становится менее необходимой), и для окружающей среды (объемы отходов меньше, и они "живут" меньше), но много ли в РФ перерабатывается на данный момент?

Сейчас в России действует только один завод по переработке отработавшего ядерного топлива — РТ-1 на ПО "Маяк". По данным "Росатома", он имеет проектную производительность 400 тонн ОЯТ в год, но сейчас его загрузка не превышает 150 тонн в год.

Для справки, вот столько ОЯТ в РФ по состянию на 01.01.2017 год:

Пятый национальный доклад Российской Федерации о выполнении обязательств, вытекающих из Объединенной конвенции о безопасности обращения с отработавшим топливом и о безопасности обращения с радиоактивными отходами

Есть ещё один завод на Горно-химическом комбинате (РТ-2 на 1500 тонн ОЯТ в год), но он находится на стадии замороженного строительства. Пока что на ГХК в опытно-демонстрационном центре отрабатываются новейшие, экологически чистые технологии переработки (без жидких низкоактивных радиоактивных отходов в остатке). После тестирования технологических режимов на ОДЦ начнутся работы на РТ-2.

На "Маяке", как и на всех перерабатывающих ОЯТ заводах в мире, принцип работы примерно такой:

  • промежуточное хранение ОЯТ в бассейнах (3-5 лет и более в зависимости от типа ОЯТ)
  • механическое измельчение отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС)
  • извлечение ценных элементов с помощью пьюрекс-процесса (всё, что есть, растворяют в азотной кислоте и гоняют по экстракционным циклам, а потом упаривают)
  • остекловывание жидких высокоактивных отходов (в таком виде остатки от переработки идут на захоронение)

На данный момент на переработку идут ОЯТ реакторов типа ВВЭР-440 и БН-600 и ОЯТ двух реакторов типа АМБ, которые проработали на Белоярской АЭС два десятка лет.

Ещё помимо АЭС, есть шесть атомных ледоколов (включая новенький "Урал") и 20 штук исследовательских реакторов — ОЯТ от их работы тоже направляются на "Маяк" на переработку. 

В общем-то особенность "Маяка" как раз в том, что на нём перерабатываются ОЯТ от реакторов разного типа (транспортных, промышленных, исследовательских и энергетических).

Остальное — на хранение.

Хранение

От советской практики 40-х и 50‑х годов 20‑го века, когда радиоактивные и токсические отходы сваливались в ближайший овраг, к счастью, уже отошли.

То, что не может быть переработано, а также высокоактивные отходы переработки и РАО разных категорий отправляются на хранение.

Хранилище есть при каждой эксплуатирующей организации: у "Атомфлота", у каждого института, где есть исследовательский реактор, у каждой АЭС. При "Маяке" и Горно-химическом комбинате, разумеется, тоже есть свои хранилища. 

В РФ ориентируются на долговременное контролируемое и безопасное хранение (не менее 50 лет). Перед тем как отправиться на хранение, радиоактивные отходы тоже проходят через переработку. То, что может гореть, сжигают (дым очищают сложной системой фильтров), а золу и всякие рыхлые остатки цементируют или остекловывают. Жидкие отходы фильтруют, концентрируют упариванием и вытягивают радиоактивные изотопы сорбентами. Твёрдые прессуют и прячут в контейнеры, предварительно зацементировав. Что с ними произойдёт по истечении срока хранения, государство решит ближе к этому моменту, плюс возможно, развитие технологий к тому моменту уже позволит перерабатывать все ОЯТ.

Источник: zen.yandex.ru

Понятие ядерных отходов

Такие материалы представляют собой опасные вещества с радионуклидами. Согласно ФЗ № 170 «Об использовании ядерной энергии» субстанции с радиоактивными составляющими повторно применять запрещается. Они излучают огромные дозы радиации, что приводит к разрушению организма. В Россию нельзя ввозить ядерные отходы из других стран.

В зависимости от степени насыщенности опасными элементами РАО делят на такие виды:

  1. Низкорадиоактивные — до 0,1 Кюри на 1 м³.
  2. Средней активности — от 0,1 до 1 тыс. Кюри на 1 м³.
  3. Высокорадиоактивные — от 1 тыс. Кюри на 1 м³.

Как утилизируются ядерные отходыОтходы классифицируются на твёрдый ядерный мусор, жидкие растворы и части конструкций реакторов на АЭС. Первая группа включает предметы техобслуживания энергетических предприятий, одежду персонала, бытовой мусор. Утилизация происходит путём сжигания в печи, а пепел смешивают с цементом. Жидкий состав заливают в ёмкости и перемещают в хранилище.

Ко второй категории относят воду для очистки костюмов и мытья сотрудников, технологические растворы. Жидкость перерабатывают, и она становится топливом для атомных реакторов. Элементы механизмов, транспорта и инструментов технического контроля предприятий относятся к третьему виду. Утилизация таких вещей — дорогостоящий процесс. Для подобных объектов строят саркофаг или частично демонтируют с целью снизить уровень радиации. Снятые фрагменты отправляют на захоронение.

Ядерные отходы в России

РАО путают с отработанным ядерным топливом. Последнее содержит в себе тепловыделяющие элементы с фрагментами цезия 137 и стронция 90. Эти радиоактивные нуклиды применяются в промышленности, медицине, сельском хозяйстве. Такие растворы — ценный источник получения нового топлива для АЭС и изотопов. Отдельным видом отходов считаются жидкие технологические РАО. Они формируются после работы оборонных предприятий, АЭС и изготовления радиоизотопной продукции.

Методы утилизации

Как уничтожаются ядерные отходыСубстанции с нуклидами применяются в различных сферах. Источники заражённого материала — АЭС, электростанции и научные институты при исследовании излучений. В промышленности эти материалы используют для ликвидации микроорганизмов, бактерий и вирусов на продуктах питания.

Переработка ядерных отходов в России проводится на специальных комбинатах. Когда на предприятии появляются РАО, начинают сбор, дают характеристику мусору и проводят сортировку. После временного хранения ненужные материалы отправляются на заводы, где происходит их уничтожение. Технология утилизации зависит от вида остатков и правил обращения с ними.

Сжигание опасного мусора

Процесс происходит в специализированной печи. Она проектируется так, чтобы снизить выброс радиации в атмосферу. Пепел смешивают с цементным раствором и наполняют резервуары. Эти контейнеры отправляют на склады в шахты или соляные штоки. Таким способом избавляются от облучённого сырья: дерева, бумаги, одежды и других вещей со средним или маленьким уровнем радиации.

Сжатие и цементирование

Захоронение ядерных отходовТвёрдые отходы уменьшают в размере. Метод не применяют для легко воспламеняющихся и взрывоопасных материалов. Уплотнение подходит для веществ с невысоким уровнем опасности. Утилизация ядерных отходов в России с помощью цементирования считается распространённой практикой. Облучённые фрагменты помещают в контейнеры и заливают раствором из химических элементов. На такие смеси не влияет внешняя среда. Способом пользуются при захоронении жидкостей со средним уровнем радиации. Текучие вещества соединяют с битумом. Эта процедура сложнее, чем цементирование. Главное преимущество битумирования — испарение влаги.

Вторичное использование

Правила захоронения ядерных отходовВ энергетике радиоактивные материалы эксплуатируются не до конца. Отработанные элементы используются повторно как источник энергии. Изотопы помогают обрабатывать продукты и запускают термоэлектрические реакторы. За границей проводят регенерацию топлива. В процессе выделяют до 3% урана 235 и плутония 239. Европейские АЭС переправляют ядерные отходы для подобной переработки в США, но утилизация радиоактивных отходов в России таким методом не развивается.

Остекловывание и захоронение

Стекло в состоянии поглотить инородные вещества в огромных объёмах. Такой обработке подвергают вещества разного уровня загрязнения. Опасный мусор заливают расплавленным стеклом в стальных ёмкостях — кокилях. В РФ процедура реализуется с помощью печи прямого электрического нагрева. Она создаётся из огнеустойчивого материала и делится на 3 зоны. В каждую из них закрепляют молибденовые электроды для проведения тока. Полученная стекломасса переливается в бидоны.

Контейнеры после охлаждения и герметизации скрепляют по 3 штуки и транспортируют в хранилище. Для отвержения отходов применяют другие материалы: стеклокерамику, витромет, суперкальцинаты. После переработки отходы отправляют в специально оборудованные места — могильники. Из предприятий РАО забирают в твёрдом состоянии и в правильной упаковке. Захоронения делятся на следующие виды:

  1. Как утилизируются ядерные отходыГеологические — для отходов используют постройки в крепких слоях породы на глубине от 100 метров. Они подходят для высокорадиоактивных материалов.
  2. Приповерхностные — сооружения с контейнерами размещаются близко к земле или в шахтах. В таких местах прячут вещества с незначительной степенью радиации.
  3. Глубоководные — заражённые ёмкости опускают в море до 1 тыс. м.
  4. Могильники в глубинных отложениях дна — контейнеры опускают ниже 1 тыс. м.
  5. Под дном океана — ядерный мусор хранится в постройках прибережной линии.

Могильники радиоактивных отходов в России на воде прекратили создавать в 1984 году, поскольку они выдерживали десятилетие. Хранилища сооружают в местах, где они не подвергнутся влиянию воды, землетрясения или других природных явлений. На АЭС строят конструкции для временного содержания таких контейнеров.

Сохранение РАО на территории РФ

Способы переработки ядерных отходовУтилизация проходит на специальных комбинатах с соответствующим оборудованием. Каждый год в стране набирается до 5 млн тонн РАО, а переработке поддаются 60%. До 2025 года планируется содержать 89,5% веществ в безопасной форме, а остальное — в ёмкостях и временных сооружениях.

Для хранения ядерных отходов в России использовали реку Теча — первый могильник РАО времён СССР. В 1957 году, кроме хранения радиоактивных материалов, добавились фрагменты воспламенения опасных контейнеров. Появившееся после взрыва облако развеяло вредные элементы на 300—350 км. После аварии хранилище построили на озере Карачай.

Засуха 1967 года привела к распространению отходов в радиусе десятков километров. После этого водоём начали консервировать. В озере сохраняется до 200 тыс. м3 суглинков с радиацией.

Способы переработки ядерных отходов и утилизация их в России

В 1978 году для сейсмического зондирования провели подрыв объекта Кратон-3 в Якутии. Выброс радиоактивных веществ способствовал формированию облака, которое накрыло ближние посёлки. После аварии заражённое оборудование и землю из площадки закопали на глубину 2,5 м и засыпали грунтом. Радионуклиды распространились на территории в 5 тыс. м2 и в систему реки.

В районе Красноярска расположилось огромное геологическое захоронение радиоактивных отходов. На территории собрали жидкие РАО. Отходы закачивали в землю на глубину от 50 до 500 м. По состоянию на 2012 год полигон вмещал от 88 тыс. м3 мусора. Каждый год его количество увеличивается на 100 тыс. м3.

На Кольском полуострове в губе Андреева размещается хранилище непригодного ядерного горючего из реакторов подводных лодок. В 1982 году после аварии в здании комплекса в Баренцевом море вытекло 700 тыс. тонн заражённой воды. В бетонных стержнях заключены 22 тыс. опасных элементов. В 2017 году началась процедура вывоза РАО из этой территории.

Источник: vtothod.ru


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.