Захоронение радиоактивных отходов


Авторы:

  • Васильев Альберт Петрович (АО «НИКИЭТ», Общественный совет Госкорпорации «Росатом»),
  • Назаров Анатолий Георгиевич (Экологический центр института истории естествознания и техники им. С.И. Вавилова РАН)

Человечество производит очень много различных отходов, в том числе чрезвычайно опасных как для людей, так и для окружающей среды. Проблемы обращения с отходами есть у всех отраслей, но особое внимание и особенно повышенные требования предъявляются к предприятиям атомной отрасли.

Оппоненты атомной энергетики утверждают, что она всегда будет нерентабельна даже при безаварийной работе АЭС из-за больших объемов образующихся РАО и дороговизны обращения с ними, особенно при окончательной (т.н. «финальной») изоляции отходов.

К  РАО относят не подлежащие дальнейшему использованию материалы и вещества, а также оборудование и изделия,  содержание радионуклидов в которых превышает уровни, принятые в соответствии с критериями, установленными Правительством РФ [1].


В этом определении вызывает сомнение критерий «не подлежащие дальнейшему использованию». Он выбран с  сегодняшней точки зрения. А через некоторое время эти материалы и вещества могут стать очень востребованными.

РАО образуются, начиная с добычи урана, и добавляются на всех последующих переделах. Особенно много РАО образуется при переработке отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) и снятии с эксплуатации ядерно- и радиационно опасных объектов.

При обращении с РАО необходимо учитывать, что

  • все радионуклиды распадаются, но с разной скоростью: одни за месяцы и годы, другие за столетия (90Sr, 137Cs), а некоторые могут сохранять активность спустя и тысячелетия (Am и Pu), и это нужно учитывать ещё на стадии первичной сортировки;
  • при монотонном естественном снижении суммарной активности РАО происходит увеличение их массы, так называемое «разубоживание»: на каждом этапе обращения с РАО становятся радиоактивными инструменты, оборудование и реагенты, применяемые в работе,  при этом образуются вторичные твёрдые (ТРО) и жидкие (ЖРО) отходы, их масса и объём значительно больше первоначальных.

В МАГАТЭ, сформулированы требования по обращению с долгоживущими РАО, к которым во многих странах относят и ОЯТ. В статье «Подход МАГАТЭ к захоронению радиоактивных отходов» [2]  Ж. Бруно и М. Вестерлинд (МАГАТЭ, секция отходов и экологической безопасности) пишут:


«Обращение с РАО должно осуществляться таким образом, чтобы предотвращалось возложение чрезмерного бремени на будущие поколения…Концепция захоронения предполагает размещение РАО в специальных объектах без последующего извлечения….Объекты захоронения должны обеспечивать локализацию отходов пассивными средствами (при помощи естественных и инженерных барьеров) и их изоляцию от биосферы на весь период, в  течение которого они будут представлять опасность».

Для ОЯТ и долгоживущих высокоактивных отходов (ВАО) это миллион лет. Трудно, практически невозможно обосновать такую долговременную безопасность, убедить население и специалистов! По этой причине, по-видимому, и застрял в США проект по Юкка Маунтин.

Почему-то даже не предполагается, что уже ближайшие поколения смогут разработать более совершенные технологии, и то, что мы сейчас считаем отходами, для них станет ценным сырьем, особенно в условиях истощения рудных месторождений.

Еще недавно на горнообогатительных комбинатах выбирали из руды всего несколько элементов до определенной концентрации, которая определялась экономической эффективностью, а все остальное шло в гигантские горы отвалов. А сейчас эти отвалы используют как крупные месторождения и по новым технологиям из них стало выгодно извлекать множество различных элементов, и это не предел.


Во Франции, стране с передовой ядерной отраслью, обогащают уран, снижая  содержание 235U в исходном сырье с 0,71 до 0,24%. Снижать сильнее им экономически не выгодно. Обедненный продукт везут в Россию, где концентрацию 235U снижают еще более чем в два раза, и это нам экономически выгодно. Несомненно, что наши потомки и остаточный продукт смогут использовать в реакторах следующих поколений.

В Голландии после многолетних дебатов было выбрано контролируемое долговременное (не менее 100 лет) хранение РАО  и ОЯТ в наземных хранилищах, несмотря на то, что в стране имеются толстые пласты каменной соли, которая считается стабильной и надежной средой для долговременной изоляции отходов. Но население больше доверяет физическому контролю, осуществляемому сегодняшним обществом, чем расчетам долгосрочного риска даже в тех случаях, когда риск ничтожно мал.

Они считают, что за сто лет произойдет существенный спад радиоактивности, в том числе до безопасного уровня для значительной части отходов, появятся новые технологии для обращения с РАО. Поэтому в начале 1990-х годов было создано предприятие COVRA  для обработки РАО и их долговременного хранения в двух часах езды от Гааги [3]. Для хранения высокоактивных отходов и ОЯТ построено отдельное здание из особо прочного железобетона толщиной 1,7 м. Дальнейшую их судьбу через 100 лет решат потомки.

В начале эры мирного атома все страны использовали открытый ядерный топливный цикл, размещая ОЯТ в специальных хранилищах. Позже во Франции и Великобритании начали перерабатывать ОЯТ, в том числе и для некоторых других стран. Но широкого распространения эта технология не получила..


Основная и наиболее опасная часть РАО, содержащаяся первоначально в ОЯТ,– это осколки деления, представляющие почти всю таблицу Менделеева, а также наработанные в реакторах долгоживущие трансурановые элементы 237Np, 240Pu, 241Am и др.

В составе ОЯТ их немного: порядка 5%. Основную массу ОЯТ составляют 238U (более 90%), несгоревший 235U и наработанный 239Pu. Во многих странах ОЯТ относят к РАО и планируют захоранивать его отдельно в условиях, обеспечивающих его сохранность и недоступность для несанкционированного вторжения в течение многих тысячелетий.

Это очень дорого сейчас и создаст огромные трудности для наших потомков, если они захотят достать это топливо.

Есть две причины для такого решения.

Во-первых, боятся, что при переработке ОЯТ некоторые страны, не имеющие ядерного оружия, или террористы, смогут скрытно похищать 235U  или 239Pu для изготовления атомных бомб. Именно поэтому в 1978 г. Президентом  США Д. Картером было принято решение отказаться от переработки ОЯТ и свернуть работы по быстрым реакторам–бридерам. В США была разработана программа создания хранилища для ОЯТ, не реализованная до сих пор.


Вторая причина экономическая: при низких ценах на природный уран и его избытке стоимость 235U и 239Pu, извлекаемых из ОЯТ для повторного использования, значительно ниже затрат на переработку ОЯТ и обращение с образующимися РАО.

Россия приняла концепцию замкнутого ядерного топливного цикла (ЗЯТЦ) с переработкой ОЯТ и использованием оставшегося урана и наработанных делящихся элементов, что особенно важно при использовании реакторов на быстрых нейтронах. Эта  концепция успешно реализована на заводе РТ-1, построенном на комбинате «МАЯК».

За прошедшие годы были усовершенствованы технологии, что позволило значительно снизить стоимость  переработки ОЯТ.

Кроме того, специалисты комбината с участием академика Б.Ф. Мясоедова [4] выполнили исследования по анализу состава ценных компонентов в продуктах деления (ПД), возможностей их выделения и использования.

Наибольший вклад в смесь ПД вносят редкоземельные элементы (РЗЭ)-25%, платиноиды-16%, цирконий-15%, молибден-12%. В последние годы значительно возросло потребление и поднялись цены на РЗЭ и платиноиды, что увеличивает экономическую эффективность переработки ОЯТ.

Например, из 1т ОЯТ можно извлечь до 2 кг рутения, до 1,3 кг палладия и до 0,5 кг родия, поэтому ОЯТ можно рассматривать как полиметаллическую руду с содержанием платиноидов почти 0,5 %, что выше, чем в природном сырье.  Стоимость выделения палладия из ОЯТ сопоставима со стоимостью регенерированного урана (~50 тыс. руб./кг), что намного меньше стоимости природного палладия (~750 тыс. руб./кг).


А сейчас металлы платиновой группы остекловывают в ВАО.

Как отмечают авторы [4], использовать в ядерной медицине, технике и сельском хозяйстве можно целый ряд радиоактивных изотопов из ПД, в том числе и те, которые сейчас нарабатывают в исследовательских реакторах.

Еще эффективнее переработка ОЯТ быстрых реакторов в связи с большим начальным обогащением топлива и более высоким выгоранием.

Топливо быстрого реактора БОР-60 перерабатывали с использованием газофторидной технологии в НИИАР на установке ФРЕГАТ, отработка этой технологии проводилась также в радиохимическом корпусе ВНИИХТ [5,6].

Эксперименты показали, что после фторирования ОЯТ реактора БОР-60 и последующих стадий фторирования полученных твердых отходов (огарков) образуются вторичные огарки с содержанием благородных металлов (рутения, родия, палладия и серебра)-29,7%, редкоземельных металлов-32%, цезия-23%, при этом содержание в них урана не превышало 0,05%.

Как отмечено в [4], дополнительный экономический эффект от выделения из ОЯТ  ценных компонентов возникает и на стадии отверждения и захоронения ВАО. После выделения плохо совместимых со стеклом (платиноиды, технеций) и части тепловыделяющих (137Cs) компонентов количество остеклованных ВАО можно значительно уменьшить, а объем промежуточного хранилища (выдержка ВАО для уменьшения тепловыделения) существенно сокращается.


Поэтому важнейшей задачей становится совершенствование разработанных в СССР, но не доведенных до промышленного применения инновационных технологий переработки ОЯТ и РАО с выделением и использованием ценных компонентов. Это особенно важно сейчас в связи с ожидаемым существенным ростом т.н. «цифровой экономики», увеличением числа электромобилей, что потребует значительного роста выработки электроэнергии, в том числе и на АЭС.

Поскольку сейчас используются два различных ядерных топливных цикла, необходимо в единой манере сравнить итоговые затраты в пересчете на МВтчас выработанной электроэнергии для открытого и замкнутого ядерного топливного цикла.

Для открытого цикла необходимо корректно учесть затраты на длительное хранение ОЯТ, которое ее сторонники  относят к РАО, а также на закрытие выработанных урановых рудников и реабилитацию огромных отвалов, образовавшихся при переработке урановой руды и представляющих не только радиационную, но и химическую опасность для населения и окружающей среды.

Для замкнутого топливного цикла необходимо оценить стоимость переработки ОЯТ с учетом различия состава продуктов деления и нарабатываемых актинидов в открытом и замкнутом циклах, и дополнительными операциями по извлечению ценных продуктов и затратами на хранение остающихся РАО.


Очевидно, что объем этих РАО будет значительно меньше объемов ОЯТ, направляемых на длительное хранение в открытом цикле.

Успех этого направления не только повысил бы экономическую эффективность ЗЯТЦ  и позволил бы значительно сократить, а затем, возможно, и прекратить добычу природного урана и использовать огромные запасы накопленного ОЯТ для фабрикации новых типов топлива, но и помог бы изменить в лучшую сторону отношение экологической общественности и властей многих государств к атомной энергии в целом и к обращению с ОЯТ в том числе.

Эти предложения вполне согласуются со стратегией развития ядерной энергетики России, облегчая условия для радиационно-эквивалентного захоронения РАО [7].

Мы видим, как быстро сейчас развиваются наука и  технологии, за десятилетия изменяя наши представления о возможном. Поэтому,  предположив, что уже до конца этого века наши потомки намного превзойдут нас в ядерных технологиях, создадут новые типы реакторов и используют трансмутацию долгоживущих радионуклидов, можно предложить новый подход к обращению с РАО и ОЯТ, существенно снижающий наши сегодняшние затраты и не затрудняющий будущие поколения.

1. Применяя существующие и разрабатываемые технологии по обращению с ОЯТ и РАО, необходимо все, что возможно, использовать, остальное дезактивировать, применяя, например, автоматизированный промышленный комплекс, представленный в [8],  переработать и рассортировать отходы по категориям, максимально компактировать и упаковать в контейнеры, способные обеспечить их сохранность не менее 100 лет.


2. Создать объекты для долговременного (порядка 100 лет) хранения этих отходов. Можно строить их на поверхности, как это сделали мы с  немцами в губе Сайда или голландцы у себя, но для наиболее радиационно опасной их части лучше расположить их на небольших глубинах на специально выбранных площадках, чтобы до них не смог  добраться террорист, а нашим потомкам не пришлось бы прогрызать в прочных гранитах тоннели к капсулам, захороненным на глубине 500 м или еще больших глубинах. Конечно, сказанное выше не исключает строительства отдельных глубинных захоронений РАО (типа ПИЛ), когда в этом возникает необходимость, в том числе для научных  целей.

3. Документация с подробным описанием где, что и как хранится должна надежно сохраняться и быть доступной для специалистов не только в далеком будущем. Ревизию наших решений потомки смогут проводить, если потребуется, не дожидаясь конца века.

Историко-научный анализ показывает, что изложенные выше представления о необходимости перехода к другой концепции обращения с РАО («взгляду с другой стороны») имеют под собой прочный научный фундамент в разработанной В.И.Вернадским, П.Тейяром и Э. Леруа  биосферно — ноосферной концепции и её содержательной части о геохимическом воздействии человека на природу и окружающую человека среду [9-11].

В первые тысячелетия развития человеческой культуры, по мнению Вернадского, влияние культурного человечества на окружающую природу было ничтожным.


только после появления тех человеческих цивилизаций (не более 15-20 тысяч лет тому назад), которые занялись земледелием, влияние человека на природу непрерывно увеличивалось. В XX– XXI вв. темп воздействия человека на биосферу с каждой исторической эпохой еще более ускоряется, и к началу второго тысячелетия, когда в практическое применение вовлекаются все химические элементы таблицы Менделеева и многие  стабильные и радиоактивные изотопы, достигает опасной величины.

Переход на новую парадигму: долговременное (порядка 100 лет) хранение РАО (и ОЯТ, если его относят к отходам,) позволит, за счет отказа от ряда дорогих проектов, быстрее привести в порядок существующие хранилища РАО и   ускорить дезактивацию и рекультивацию загрязненных зданий и территорий, чтобы мы могли жить лучше и безопаснее здесь и сейчас.

Наши современники скажут за это спасибо, потомки тоже будут довольны, что мы передаем им наше «ядерное наследие» в удобном для дальнейшего использования виде. Оставляем им не могильники, а «кладовые природы», куда они, имея ключи, смогут войти и взять то. что им будет нужно.

Авторы искренне благодарят академика Б.Ф. Мясоедова за поддержку этой работы и ценные замечания и советы.

Литература

1. Федеральный закон от 11 июля 2011 г. №190 –ФЗ «Об обращении с радиоактивными отходами и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».

2. Ж. Бруно и М. Вестерлинд, «Безопасность ядерных технологий и окружающей среды», №3, 2012, с.24-28.

3. H.D.K. Codee  “Controlled containment, radioactive waste management in the Netherlands”. Proceedings WM02, February 23-28, 2002, Tucson, Arizona, USA.  

4. Г.Ш. Баторшин, С.П. Кириллов, Б.Ф. Мясоедов и др. Комплексное выделение ценных компонентов из техногенных радиоактивных отходов как вариант создания рентабельного ЗЯТЦ, Вопросы радиационной безопасности-2015, №3, с.30-36.

5. И.К. Кикоин, В.А. Цыканов, А.П. Кириллович и др. Опытная регенерация облученного уранового топлива реактора БОР-60 фторидным способом. Препринт НИИАР-П-18 (284), Димитровград, 1976.

6. Шаталов В.В., Серегин М.Б., Харин В.Ф.  и др. Газофторидная технология переработки отработанного оксидного топлива. Атомная энергия, 2002, т.90, вып. 3, с. 212-222.

7. Адамов Е.О., Джалавян А.В., Лопаткин А.В. и др. Концептуальные положения стратегии развития ядерной энергетики России в перспективе до 2100 г., Атомная энергия, 2012, т.112, вып. 6, с. 319-331.

8.  Н.М. Лебедев, А.П. Васильев и В.А. Доильницын «Универсальный промышленный комплекс для дезактивации МРАО с использованием УЗ и ЭХ».Доклад на МНТК-2016, НИКИЭТ, 27-31 сентября 2016, в сборнике трудов, изданном в электронном виде.

9.  Вернадский В.И. Биосфера. – Л.: Науч. хим.-тех. изд-во, 1926 (Избр. соч. Т. V. С. 7-102. Биосфера. Мысли и наброски. 2001. 244 с.).

10. Тейяр де Шарден П. Феномен человека / Предисловие и комментарии Б.А. Старостина. Перев. с франц. Н.А. Садовского. – М.: Наука, 1987. – 240 с.

11. Назаров А.Г. Вернадский и ноосферная реальность (к анализу научных оснований ноосферной концепции) // Научное наследие В.И. Вернадского в контексте глобальных проблем цивилизации. – М.: Ноосфера, 2001. – С. 29–50.

Источник: www.atomic-energy.ru

Сбор, переработка и захоронение радиоактивных отходов осуществляется отдельно от других видов отходов. Перед утилизацией изотопы разделяют по степени активности, периоду полураспада и т.п. Для сокращения объема отходов их упаривают, сжигают, прессуют и т.п. Для предотвращения миграции радиоактивных изотопов с грунтовыми водами малоактивные отходы фиксируют с помощью битума или цемента в блоки, подлежащие дальнейшему захоронению. Высокоактивные отходы остекловывают.

Захоронение твердых, или отвержденных радиоактивных отходов осуществляется  в специальных сооружениях, называемых могильниками радиоактивных отходов.

Радиационный контроль при захоронении отходов радиоактивных веществ, а также номенклатура контролируемых параметров должны проводиться в строгом соответствии с требованиями норм ГОСТ. Захоронение должно проводиться в специально отведенных местах (полигонах), на незатопляемых участках с низким уровнем грунтовых вод, обязательно по согласованию с органами Государственного санитарного надзора, с учетом требований по охране окружающей среды и правил радиационной безопасности. Жидкие токсичные отходы перед вывозом на полигон должны быть обезвожены на предприятиях.

Пункт захоронения должен располагаться не ближе 20 км от городов в районе, не подлежащем застройке, с санитарно-защитной зоной не менее 1 км от населенных пунктов и мест постоянного пребывания скота.

Сброс радиоактивных веществ в составе сточных вод запрещен.

Полигоны должны иметь санитарно-защитные зоны: завод по обезвреживанию токсичных отходов мощностью 100 тыс. тонн и более отходов в год — 1000 м; менее 100 тыс. тонн — 500 м; участок захоронения токсичных отходов — не менее 300 м.

Несмотря на то, что человечество более шести десятилетий действует в ядерной сфере, до сих пор не найдено решения, позволяющего полностью утилизировать ядерные отходы. Проблема заключается в том, что радиоактивный мусор остается опасным на протяжении сотен и тысяч лет. К примеру, период полураспада радиоактивного стронция-90 составляет 26 лет, америциума-241 — 430 лет, плутония-239  — 24 тыс. лет. Поэтому любые повреждения хранилищ способны привести к тяжелейшим последствиям.

В России большое количество  участков с экстремально высоким уровнем радиации было обнаружено в крупных городах, таких как Москва, Санкт-Петербург, Нижний Новгород, Калининград, Владивосток и др. По данным справочника «За ядерным занавесом: Управление радиоактивными отходами в бывшем СССР», только в Москве за период 1974 по 1994 годы было обнаружено около 1,5 тыс. таких участков.  В детском саду неподалеку от Курчатовского института (Москва) была обнаружена песочница, в которой уровень радиации составлял 612 тыс. миллирентген в час. Человек, который провел бы в этой песочнице сутки получил бы такую дозу радиации, которая убила бы его в течение месяца.

В Москве за последние 60 лет, по заявлению руководителя энергетического отдела Гринпис России Владимира Чупрова, скопился большой объем радиоактивных отходов.

Радиоактивные и токсические отходы в советское время, особенно в 40-х и 50‑х годах 20‑го века сваливались в ближайшие московские овраги и затем, с ростом города, на этих местах появлялись жилые и промышленные кварталы. Когда найденные захоронения вскрывали, уже никто не знал, откуда свалка», ‑ сообщил эксперт. В качестве примера он привел ситуацию, связанную рекультивацией одного из земельных участков, расположенного на бульваре Маршала Рокоссовского в Восточном административном округе столицы, где был выявлен радиоактивный могильник. В результате замеров мощности экспозиционного излучения поверхности земли экспертами обнаружены участки вблизи выезда со строительной площадки, с мощностью излучения на поверхности до 43 микрорентген в час (норма мощности внешнего гамма-излучения должна составлять 10‑15 микрорентген в час).

Источник: ria.ru

Принципы захоронения РАО

Под термином ядерные отходы понимают отработанные вещества, которые используются в атомной энергетике. К этой категории относят и оборудование, зараженное радиацией. Топливо отходами не считается. Его перерабатывают и продолжают использовать получившиеся продукты.

Мировое сообщество сформулировало постулаты, которых надо придерживаться при утилизации, переработке и захоронении радиоактивных отходов. Основная идея регулирующих эту сферу деятельности норм – безопасность для человека и природы с учетом интересов далеких потомков.

Чтобы соблюсти все требования, особое внимание нужно уделить выбору места для могильника и способу погребения. Нужно учитывать:

  • природные условия при выборе местности;
  • период полураспада РАО и их удельную активность.

Требования безопасности при захоронении радиоактивных отходов

Есть 2 вида захоронений:

  1. Могильники находящиеся на поверхности или в неглубоких впадинах предназначены для хранения РАО в течение десятков лет. Чаще всего это траншеи или специально возведенные здания.
  2. Хранилища, рассчитанные на несколько сотен лет расположены в отработанных шахтах, или на дне океана. Последний способ активно используют в России и по всему миру.
Захоронение радиоактивных отходов
Источники радиоактивных отходов

Для обеспечения безопасности, могильники радиоактивных отходов подчиняются строгим правилам:

  1. Ближайший город должен находится не ближе чем 20 км от места захоронения. Кроме зоны отчуждения, необходимо создание дополнительной санитарной зоны не меньше 1 км.
  2. Предполагаемое место утилизации не может располагаться в сейсмически неблагополучных районах. Поблизости не должно быть строек. В противном случае велик риск повреждения контейнера с радиоактивными отходами.
  3. На всей площади исключают возможность залегания грунтовых вод и угрозу затопления. Запрещается устраивать захоронения в поймах рек, прибрежных зонах. Карстовые провалы, эрозии почвы, риски оползней должны быть исключены.
  4. Все постройки на территории полигона, включая завод по переработке, делают из материалов, не пропускающих радионуклиды.
  5. Заполненный и законсервированный могильник должен быть полностью автономным.

Обработка ядерных отходов

При приеме на хранение ядерные отходы тщательно проверяют. Важна целостность упаковки, мощность и доза излучения. Высокоактивные вещества перед утилизацией обрабатывают. Цель таких мероприятий – снизить уровень опасности РАО. Есть несколько способов обработки радиоактивных отходов в России.

Витрификация или остекловывание

Метод используют для обработки жидких отходов атомной промышленности. Он считается одним из прогрессивных способов обеззараживания. В отработанный материал добавляют сахар и добиваются испарения влаги. Выпаривают опасные смеси во вращающийся трубке, нагретой до высоких температур.

На выходе получается порошок, который вместе с осколками стекла помещают в индукционную печь. Расплавленную массу разливают в стальные контейнеры. Их промывают под мощной струей воды, осматривают и отправляют на хранение.

Синрок

Созданный австралийскими учеными метод предполагает создание особого синтетического материала. По своим свойствам это пригодная для длительного хранения керамика. Подходит продукт переработки и для дальнейшего использования. Создаются он в специальных печах под действием высоких температур и давления.

Трансмутация

Трансмутация пока возможна только в теории. Необходимые для практического осуществления приборы находятся в стадии разработки. Суть метода в изменении срока жизни опасных нуклидов. Технология имеет перспективы и за счет выработки энергии в ходе дезактивации ядерного мусора.

Переработка радиоактивных отходов

Переработкой ядерных отходов в России занимается несколько структурных подразделений РосАтома. В отделениях концерна низкоактивные горючие РАО сжигают. Дым очищают многоступенчатой системой фильтров.

То что осталось после горения заливают цементным раствором или жидким стеклом с добавлением бора. Жидкий мусор выпаривают, снижая его радиоактивность. Твердые вещества прессуют.

Ядерные «полуфабрикаты» закладывают в бочки по 100 или 200 литров и снова отправляют под пресс. Смятую тару укладывают в контейнеры и снова заливают цементом.

Хранение РАО

Для хранения радиоактивных отходов нужны контейнеры. Делают их из материалов, не реагирующих с опасными веществами. Это может быть:

  • железобетон;
  • сталь;
  • свинец;
  • обогащенный бромом полиэтилен.

Обязательное требование техники безопасности – емкости с ядерным мусором необходимо помещать в сухотарные бочки. В хранилище радиоактивные вещества находятся временно. Долгоживущие отправятся для захоронения, а корткоживущие распадаются до относительно неопасного состояния. Потом их отправляют на переработку.

Современный способ решения проблемы был найден в конце прошлого десятилетия. Блоки с атомными реакторами достали из воды, подготовили к длительному хранению. Место для них нашлось в Кольском заливе. В Мурманской области запустили комплекс Сайда Губа. Он представляет собой огромную залитую бетоном площадку на 120 отсеков с основанием из скальных пород, которые дают крепкую опору для хранилища. Покрашенные антикоррозийным покрытием бочки выглядят как площадка завода или склад оборудования. Это безопасный, хотя и не очень красивый способ хранения РАО называется «коричневой лужайкой».

Места захоронения ядерных отходов

Отработавшее свой срок ядерное топливо накапливает огромное количество продуктов деления. На воздухе оно разогревается до сотен градусов. По этой причине первым временным местом захоронения радиоактивных отходов становятся бассейны при атомных станциях. Там стержни реакторов находятся несколько лет. Вода поглощает тепло и защищает людей.

Когда они смогут обходится без охлаждения продолжительное время, отходы отправляются в хранилища. Есть 2 способа хранения ядерного мусора.

Захоронение радиоактивных отходов
Ядерный могильник

«Мокрые» хранилища

За время пути температура ОЯТ (отработанного ядерного топлива) повышается до 50-80 градусов. Поэтому они поступают в водоохлаждающий узел на 3-5 часов. Этого времени достаточно, чтобы снизить температуру до 30 градусов. После этого контейнер переносят в специальный бассейн. Под водой вскрывают крышку защитного кожуха и переносят отходы в особый чехол. А его отправляют на дезактивацию. Все манипуляции автоматизированы. Место человека занимают специальные краны.

«Мокрое» хранилище представляет собой огромный зал, выстланный металлом. Чехлы с РАО объединены в отсеки. Их скрывает слой дистиллированной воды толщиной 2 метра. Он служит барьером для радиации. Находится на поверхности абсолютно безопасно.

«Сухие хранилища»

Сухое хранилище – это зал с бетонными модулями, разбитыми на герметичные отсеки-пеналы. В них хранят радиоактивные отходы. Для их охлаждения используют воздух. Благодаря системе воздуховодов, создается подобие печной тяги.

Захоронение радиоактивных отходов

Сухой способ хранения дешевле и безопасней. Он не требует затрат на водоснабжение и не зависит от электричества.

Контейнер для твердых радиоактивных отходов

Перечень требований к контейнерам для радиоактивных отходов широк. Но можно выделить самые важные пункты этого списка:

  • в контейнерах не допускается хранение жидких ядерных отходов;
  • герметичность корпуса не должна нарушаться даже под действием внешних факторов: высокой и низкой температур, стихийных бедствий.

Другие способы захоронения РАО

Существуют и другие способы захоронения отходов атомной промышленности. Но ни один из них не был разрешен мировым сообществом. А некоторые так и остались только теорией.

Удаление в море

Метод предполагает, что ядерные отходы должны вывозиться на корабле и сбрасываться в море в специализированной упаковке. Он применялся несколько лет Бельгией, Францией, ФРГ. Сейчас этот способ утилизации запрещен.

Захоронение радиоактивных отходов
Сброс радиоактивных отходов в море

Удаление под морское дно

Способ предусматривал создание могильников ниже дна океана. Для доступа предполагалось погребать радиоактивный мусор вблизи необитаемых островов или небольших участков суши. Он так и не был претворен в жизнь.

Удаление в зоны подвижек

Основополагающая идея метода заключалась в том, чтобы удалять ядерные отходы в области разлома литосферных плит в глубине морских и океанических вод. Потоки магмы и лавы вырываясь наружу должны были, по задумке авторов, похоронить радиоактивные вещества в толще земной коры. Мировое сообщество не одобрило способ, так как он был одной из форм уже запрещенного удаления в море.

Захоронение в ледниковые щиты

Суть варианта в том, что самонагревающиеся контейнеры можно размещать в ледниках Антарктиды и Гренландии. Благодаря высоким температурам, емкости сами расплавляли бы лед и опускались бы в толщу щита. Барьер должен был обеспечивать вновь образовавшийся лед. Несмотря на проводимые исследования, способ остался в теории из-за разных причин.

Удаление в космическое пространство

Суть этой разработки состоит в том, чтобы отправлять ОЯТ в космическое пространство навсегда. Было предложено запускать их в сторону Солнца или выводить на околоземную орбиту. Метод отвергли как дорогой и потенциально опасный.

Международные проекты

После окончания холодной войны мировая общественность сотрудничает в вопросах оптимального захоронения ядерных отходов. Единой стратегии для решения проблемы пока нет. Но под эгидой ООН продолжаются обсуждения международных проектов. Один из них строительство общего большого могильника на малонаселенных территориях России либо Австралии. Но разработка такого проекта встретила большое количество протестов.

Концепция замкнутого ядерного цикла

Концепция замкнутого ядерного топливного цикла (ЗЯТЦ) заключается в переработке ОЯТ, выгруженного из реактора. После этого, получившийся материал можно использовать вновь. Цепочка может повторяться много раз. Это позволяет снизить добычу урана, а в перспективе совсем ее заморозить.

В России созданием установок ЗЯТЦ занимается РосАтом. На предприятии «Маяк» ведутся разработки и тестирование необходимого оборудования. Ученые оттачивают технологии и ведут исследования этого направления ядерной энергетики.

Ядерные могильники в России

Переработка и захоронение радиоактивного мусора регламентируется законами России. В стране каждый год отрабатывается 5 миллионов тон ядерного топлива. 3 из них дезактивируют. В дальнейшем они подлежат захоронению.

На территории страны создано несколько кладбищ РАО:

  • озеро Качай;
  • река Теча;
  • город Озерск, где находится принадлежащий корпорации РосАтом завод «Маяк».

Источник: bezotxodov.ru

Общая характеристика

Радиоактивные отходы могут образоваться из различных источников, иметь разнообразную форму и свойства.

К важным характеристикам радиоактивного мусора относят:

  • Концентрация. Параметр, показывающий величину удельной активности. То есть это та активность, которая приходится на одну единицу массы. Наиболее популярная единица измерения Ки/Т. Соответственно, чем больше эта характеристика, тем опаснее последствия может принести за собой подобный мусор.
  • Период полураспада. Продолжительность распада половины атомов в радиоактивном элементе. Стоит заметить, что чем быстрее этот период, тем больше энергии выделяет мусор, принося больше вреда, но в этом случае вещество быстрее теряет свойства.

Вредные вещества могут иметь разную форму, различают три основных агрегатных состояния:

  • Газообразная. Как правило, сюда включаются выбросы из вентиляционных установок организаций, занимающиеся непосредственной обработкой радиоактивных материалов.
  • В жидких формах. Это могут быть отходы жидких типов, которые образовались во время переработки уже использованного топлива. Подобный мусор отличается высокой активностью, тем самым способен нанести сильный вред окружающей среде.
  • Твердая форма. Это стекло и стеклянная посуда из больниц и исследовательских лабораторий.

Захоронение радиоактивных отходов

Хранение РАО

Собственником пункта хранения РАО в России может быть как юридическое лицо, так и федеральный орган власти. На временное хранение радиоактивные отходы должны быть помещены в специальный контейнер, обеспечивающий консервацию отработанного топлива. Причём материал, из которого изготовлен контейнер, не должен вступать в какую — либо химическую реакцию с веществом.

Помещения для хранения должны быть оборудованы сухотарными бочками, которые позволяют короткоживущим РАО распасться перед проведением дальнейшей их переработки. Таким помещением является хранилище радиоактивных отходов. Цель его функционирование — осуществление временного размещения РАО для дальнейшей транспортировки к местам их захоронения.

Хранение радиоактивных отходов

Контейнер для твердых радиоактивных отходов

Захоронение радиоактивных отходов не может обойтись без специальной емкости, которая называется контейнер для РАО. Контейнер для радиоактивного мусора – сосуд, используемый как хранилище радиоактивных отходов. В России закон устанавливает огромное количество требований к подобному изобретению.

Основные из них:

  1. Невозвратный контейнер не предназначен для хранения жидких РАО. Его структура позволяет вмещать в себя только твердые или отвержденные вещества.
  2. Корпус, который имеет контейнер, должен быть герметичен и не пропускать даже малую часть хранящихся отходов.
  3. После снятия крышки и проведения дезактивации, загрязнение не должно превышать больше 5 частиц на м2. Допускать большего загрязнения нельзя, так как неприятные последствия могут коснуться и внешней среды.
  4. Контейнер должен выдерживать самые суровые температурные режимы от — 50 до + 70 градусов по Цельсию.
  5. При сливе радиоактивного вещества с высокой температурой в емкость, контейнер должен выдерживать температуру до + 130 градусов по Цельсию.
  6. Контейнер должен выдерживать внешние физические воздействия, в частности землетрясения.

Процесс хранения изотопов в России должен обеспечивать:

  • Их изоляцию, соблюдение охранительных мероприятий, а также наблюдение за состоянием окружающей среды. Последствия, при нарушении подобного правила, могут быть плачевными, так как вещества способны практически мгновенно загрязнить близлежащие районы.
  • Возможность облегчения дальнейших процедур на последующих этапах.

Основными направлениями процесса хранения токсических отходов являются:

  • Хранение РАО с коротким сроком жизни. В последующем осуществляют их сброс в строго регламентированных объемах.
  • Хранение высокоактивных РАО до момента их захоронения. Это позволяет уменьшить количество выделяемого ими тепла, и уменьшить последствия вредного воздействия на экологию.

Захоронение РАО

Проблемы захоронения радиоактивных отходов до сих пор существуют в России. Должно обеспечиваться не только экологическая защищенность человека, но и окружающей среды. Данный вид деятельности предполагает наличие лицензии на пользование недрами и право осуществления работ по освоению ядерной энергии. Пункты утилизации радиоактивных отходов могут пребывать как в федеральной собственности, так и принадлежать государственной корпорации «Росатом». На сегодняшний день захоронение РАО в РФ производят в специально отведенных местах, которые называются могильники для радиоактивных отходов.

Существует три вида захоронения, их классификация зависит от длительности хранения радиоактивных веществ:

  1. Длительное захоронение РАО — десяток лет. Вредные элементы хоронят в траншеях, небольших инженерных сооружениях, сделанных на земле или под ней.
  2. На сотни лет. В этом случае захоронение радиоактивных отходов осуществляют в геологических структурах материка, сюда входят поземные выработки и естественные полости. В России и других странах активно практикуют создание могильников на дне океана.
  3. Трансмутация. Теоретически возможный способ избавление от радиоактивных веществ, который подразумевает облучение долгоживущих радионуклидов и превращение их в короткоживущие.

Выбирается вид захоронения на основе трех параметров:

  • Удельная активность вещества
  • Уровень герметизации упаковки
  • Предполагаемый срок хранения

Утильсырье

Хранилища радиоактивных отходов в России должны соответствовать требованиям:

  1. Хранилище радиоактивных отходов должно располагаться в удалении от города. Расстояние между ними должно быть не меньше 20 километров. Последствия при нарушении этого правила – отравление и возможная гибель населения.
  2. Рядом с территорией могильника не должно быть зон застройки, иначе есть риск повреждения контейнеров.
  3. При полигоне должен находиться участок, на котором будет выполняться захоронение отходов.
  4. Уровень грунтовых источников должен быть максимально удален. Если отходы попадут в воду, то последствия будут печальными – смерть животных и человека
  5. Радиоактивные могильники твердых и прочих отходов должны иметь санитарно — защитную зону. Её протяжённость не может быть меньше 1 километра от зон выпаса скота и населенных пунктов.
  6. При полигоне должен находиться завод, занимающийся детоксикацией РАО.

Способы и порядок захоронения радиоактивных отходов

Переработка отходов

Переработка радиоактивных отходов – процедура, которая направлена на непосредственную трансформацию агрегатного состояния или свойств радиоактивного вещества, с целью создания удобства для перевозки и хранения отходов.

Для каждого типа мусора существуют собственные методы проведения подобной процедуры:

  • Для жидких – осаждения, обмен при помощи ионов и дистилляция.
  • Для твердых – сжигание, прессование и кальцинация. Остатки твердых отходов отправляют на места захоронения.
  • Для газообразных – химическое поглощение и фильтрация. Далее вещества будут храниться в баллонах с высоким давлением.

Какого бы агрегата не перерабатывался продукт, в итоге получится иммобилизованные компактные блоки твердых типов. Для иммобилизации и дальнейшего изолирования твердых веществ, применяют следующие методы:

  • Цементирование. Применяется для мусора, имеющего низкую и среднюю активность вещества. Как правило, это отходы твердых типов.
  • Обжигание при высоких температурах.
  • Остекловывание.
  • Упаковка в специальные емкости. Обычно такие контейнеры сделаны из стали или свинца.

Дезактивация

В связи с активным загрязнением окружающей среды, в России и других странах мира пытаются найти актуальный способ дезактивации радиоактивного мусора. Да, захоронение и утилизация твердых радиоактивных отходов дают свои результаты, но к сожалению, эти процедуры не обеспечивают безопасность экологии, а значит не являются совершенными. В настоящий момент в России практикуют несколько способов дезактивации РАО.

При помощи карбоната натрия

Такой способ применяется исключительно для твердых отходов, которые попали в почву: карбонат натрия выщелачивает радионуклиды, которые извлекаются из раствора щелочи частицами иона, включающими в свой состав магнитный материал. Далее хелатные комплексы удаляются при помощи магнита. Такой способ обработки твердых веществ достаточно эффективен, однако имеются недостатки.

Проблема метода:

  • Выщелачиватель (формула Na2Co3) имеет достаточно ограниченную химическую способность. Он попросту не в состоянии извлечь всю гамму радиоактивных соединений из твердого состояния и перевести их в тип жидких материалов.
  • Дороговизна способа в основном из — за хемосорбционного материала, который имеет уникальную структуру.

Растворение в азотной кислоте

Применим способ к радиоактивным пульпам и осадкам, эти вещества растворяют в азотной кислоте с примесью гидразина. После этого раствор упаковывают и проводят остеклование.

Главная проблема это дороговизна процедуры, так как упарка раствора и дальнейшая утилизация радиоактивных отходов стоит достаточно дорого.

Последствия загрязнений

Элюирование почвы

Применяется для дезактивации почвы и грунта. Такой способ наиболее щадящий по отношению к окружающей среды. Суть заключается в следующем, зараженную почву или грунт обрабатывают проводя элюирование водой, водными растворами с прибавками аммониевыми солями, растворами аммиака.

Главная проблема это относительно небольшая эффективность при извлечении радионуклидов, которые связаны с почвой на химическом уровне.

Защита природы

Дезактивация жидких отходов

Радиоактивные отходы жидких типов – особый вид мусора, который сложен в хранении и в утилизации. Именно поэтому дезактивация – лучшее средство избавления от подобного вещества.

Существует три способа очистки вредного материала от радионуклидов:

  1. Физический метод. Подразумевает процесс выпаривания или вымораживания веществ. Далее проводится герметизация и помещение вредных элементов в могильники мусора.
  2. Физико — химический. При помощи раствора с селективными экстрагентами проводится экстракция, т.е. вывод радионуклидов.
  3. Химический. Очистка радионуклидов при помощи разных природных реагентов. Главная проблема способа заключается в большом количестве оставшихся шламов, которые отправляются на могильники.

Общая проблема каждого метода:

  • Физические способы – крайне высокие затраты на выпаривание и вымораживание растворов.
  • Физико — химические и химические – огромные объемы радиоактивных шламов, отправленные на могильники. Процедура захоронение довольно дорогая, она требует много денег и времени.

Радиоактивные отходы – проблема не только России, но и других стран. Главная задача человечества на данный момент – утилизация радиоактивных отходов и их захоронение. Какими методами это делать, решает каждое государство самостоятельно.

Швейцария не занимается самостоятельной переработкой и захоронением радиоактивных отходов, но активно занимается разработкой программ по обращению с подобным мусором. Если же не предпринимать никаких действий, то последствия могут быть самыми печальными вплоть до гибели человечества и животных.

Источник: vtorothodi.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.