Ядерные отходы

Ядерные отходы – одна из главных проблем современности. Понятие появилось недавно и связано с началом использования атома энергетиками и военными. Процесс применения опасных энергоёмких материалов приводит к образованию не менее опасных для всех живых существ планеты отходов. Рассмотрим, как решается проблема утилизации ядерных отходов в России.

Ядерные отходы

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/кгтрансурановые радионуклидыальфа-излучающие радионуклиды

(исключая трансурановые)

бета-излучающие радионуклиды (исключая тритий)тритий
1.Высокоактивныеболее 105более 106более 107более 1011
2.Среднеактивные102 — 105103 — 106104 — 107108 — 1011
3.Низкоактивные101 — 102102 — 103103 до 104107 — 108
4.Очень низкоактивныедо 101до 102до 103до 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/кгтрансурановые радионуклидыальфа-излучающие радионуклиды

(исключая трансурановые)

бета-излучающие радионуклиды (исключая тритий)тритий
1.Высокоактивныеболее 105до 102более 107более 108
2.Среднеактивные101 — 105102 — 106 103 — 107104 — 108
3.Низкоактивныедо 101до 102до 103до 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.

Читайте также:  Твердые бытовые отходы
Ольга Борищук
Оцените автора
Добавить комментарий

шестнадцать − 7 =