Радиоактивные отходы (РАО) — отходы, содержащие радиоактивные изотопы химических элементов и не имеющие практической ценности. Согласно российскому «Закону об использовании атомной энергии»[1] (от 21 ноября 1995 года № 170-ФЗ) радиоактивные отходы (РАО) — это ядерные материалы и радиоактивные вещества, дальнейшее использование которых не предусматривается.
В настоящее время в России находится около 550 миллионов тонн РАО, значительная часть которых накоплена еще во в советские времена. Все растущее количество таких отходов на территории Российской Федерации позволяет говорить о наличии серьезной проблемы – проблемы утилизации радиоактивных отходов. Вопрос утилизации радиоактивных отходов уже более 50-ти лет находится в центре внимания специалистов и всего общества, и за это время не только не найдено приемлемого способа ее решения, но наоборот, сегодня он кажется все более и более неразрешимым.
Если на заре атомной эры основной массив радиоактивных отходов состоял из продуктов производства, эксплуатации и вторичной переработки рабочих материалов ядерных установок исследовательского, энергетического и военного назначения, то в настоящее время их номенклатура значительно расширилась за счет самих этих технических устройств, обслуживающей их инфраструктуры и территорий, на которых они расположены, включая и проживающих там людей. Атомная индустрия, захлебнувшаяся в своих отходах, уже превратилась в один общий радиоактивный “отход” реакций ядерного синтеза-распада, которые живут собственной, неуправляемой физической жизнью в глубине кристаллов атомных реакторов, смертоносного вещества, пока “спящих”, ядерных и термоядерных боезарядов и в земных толщах многочисленных радиоактивных могильников.
Положение настолько серьезно, что дальнейшее развитие такой варварской формы эксплуатации ядерных технологий становится экологически невозможным, экономически невыгодным и даже технически бессмысленным. Но и полным прекращением этого развития уже нельзя остановить расширяющееся радиоактивное заражение окружающей среды.
Как же можно разрешить сложившуюся тупиковую ситуацию? Какие меры необходимы? Что сегодня делается для решения проблемы радиоактивных отходов?
Условно радиоактивные отходы делятся на:
1) низкоактивные (делятся на четыре класса: A, B, C и GTCC (самый опасный);
2) среднеактивные (законодательство США не выделяет этот тип РАО в отдельный класс, термин в основном используется в странах Европы);
Радиация, использование и проблемы
... как радиоактивные отходы. Радиоактивные отходы, проблемы их захоронения Проблема радиоактивных отходов является частным случаем общей проблемы загрязнения окружающей среды отходами человеческой деятельности. Но в то же ... применение радиоизотопов, специфическое для отдельных отраслей промышленности. Кроме того, повсеместно в промышленности применяются радиоизотопы для следующих целей: измерение ...
3) высокоактивные.
Законодательство США выделяет также трансурановые РАО. К этому классу относятся отходы, загрязненные альфа-излучающими трансурановыми радионуклидами, с периодами полураспада более 20 лет и концентрацией большей 100 нКи/г, вне зависимости от их формы или происхождения, исключая высокоактивные РАО[источник не указан 121 день]. В связи с долгим периодом распада трансурановых отходов их захоронение проходит тщательнее, чем захоронение малоактивных и среднеактивных отходов. Также особое внимание этому классу отходов выделяется потому, что все трансурановые элементы являются искусственными и поведение в окружающей среде и в организме человека некоторых из них уникально. Ниже в таблице 1.1 приведена классификация жидких и твёрдых радиоактивных отходов (проект ОСПОРБ-99).
Одним из критериев такой классификации является тепловыделение. У низкоактивных РАО тепловыделение чрезвычайно мало. У среднеактивных оно существенно, но активный отвод тепла не требуется. У высокоактивных РАО тепловыделение настолько велико, что они требуют активное охлаждение.
Таблица 1.1, Классификация жидких и твердых радиоактивных отходов
|
Удельная (объёмная) активность, Бк/кг (Бк/л) |
|||
|
Категория отходов |
Бета-,гамма излучающие нуклиды |
Альфаизлучающие нуклиды (исключая трансурановые) |
Трансурановые радионуклиды |
|
Низкоактивные |
Менее 10 6 |
Менее 10 5 |
Менее 10 4 |
|
Среднеактивные |
От 10 6 до 1010 |
От 10 5 до 1010 |
От 10 4 до 108 |
|
Высокоактивные |
Более 10 10 |
Более 10 p9 |
Более 10 8 |
2.1 Принципы обращения с РАО
Изначально считалось, что достаточной мерой является рассеяние радиоактивных изотопов в окружающей среде, как и в других отраслях промышленности. На предприятии «Маяк» в первые годы работы все радиоактивные отходы сбрасывались в близлежащие водоёмы. Позже выяснилось, что за счёт естественных природных и биологических процессов радиоактивные изотопы концентрируются в тех или иных подсистемах биосферы (в основном в животных, в их органах и тканях), что повышает риски облучения населения (за счёт перемещения больших концентраций радиоактивных элементов и возможного их попадания с пищей в организм человека).
Поэтому отношение к радиоактивным отходам было изменено.
На данный момент сформирован ряд принципов, нацеленных на такое обращение с радиоактивными отходами, которое обеспечит защиту здоровья человека и охрану окружающей среды сейчас и в будущем, не налагая чрезмерного бремени на будущие поколения.
Основополагающие принципы обращения с радиоактивными отходами:, Защита здоровья человека., Охрана окружающей среды., Защита за пределами национальных границ., Защита будущих поколений., Бремя для будущих поколений., Национальная правовая структура., Контроль за образованием радиоактивных отходов., Взаимозависимости образования радиоактивных отходов и обращения с ними., Безопасность установок.
На рисунке 2.1 представлены основные стадии обращения с РАО.
При хранении радиоактивных отходов их следует содержать таким образом, чтобы:
1) обеспечивались их изоляция, охрана и мониторинг окружающей среды;
2) по возможности облегчались действия на последующих этапах (если они предусмотрены).
В некоторых случаях хранение может осуществляться главным образов по техническим соображениям, например, хранение радиоактивных отходов, содержащих в основном короткоживущие радионуклиды, в целях их распада и последующего сброса в санкционированных пределах или хранение радиоактивных отходов высокого уровня активности до их захоронения в геологических формациях в целях уменьшения тепловыделения.
Предварительная обработка, Обработка
1) сжигание горючих отходов или уплотнение сухих твёрдых отходов;
2) выпаривание, фильтрафия или ионный обмен потоков жидких отходов;
3) осаждение или флокуляция химических веществ.
Кондиционирование, Захоронение
2.2 Обращение со среднеактивными РАО
Обычно в ядерной индустрии среднеактивные РАО подвергаются ионообмену или другим методам, целью которых является концентрация радиоактивности в малом объёме. После обработки уже гораздо менее радиоактивное тело полностью обезвреживают. Существует возможность использовать гидроксид железа в качестве флокулянта для удаления радиоактивных металлов из водных растворов. После абсорбции радиоизотопов гидроксидом железа полученный осадок помещают в металлический барабан, где он перемешивается с цементом, образуя твердую смесь. Для большей стабильности и долговечности цемент изготовляют из зольной пыли или печного шлака и портландцемента (в отличие от обычного цемента, который состоит из портландцемента, гравия и песка).
2.3 Обращение с высокоактивными РАО
2.3.1 Хранение
Для временного хранения высокоактивных РАО предназначены резервуары для хранения отработанного ядерного топлива и хранилища с сухотарными бочками, позволяющие распасться короткоживущим изотопам перед дальнейшей переработкой.
2.3.2 Витрификация
Долговременное хранение РАО требует консервации отходов в форме, которая не будет вступать в реакции и разрушаться на протяжении долгого времени. Одним из способов достижения подобного состояния является витрификация (или остеклование).
В настоящее время в Селлафилде (Великобритания) высокоактивные РАО (очищенные продукты первой стадии пурекс-процесса) смешивают с сахаром и затем кальцинируют. Кальцинирование подразумевает прохождение отходов через нагретую вращающуюся трубу и ставит целью испарение воды и деазотирование продуктов деления, чтобы повысить стабильность получаемой стекловидной массы.
В полученное вещество, находящееся в индукционной печи, постоянно добавляют измельченное стекло. В результате получается новая субстанция, в которой при затвердении отходы связываются со стеклянной матрицей. Это вещество в расплавленном состоянии вливается в цилиндры из легированной стали. Охлаждаясь, жидкость затвердевает, превращаясь в стекло, которое является крайне устойчивым к воздействию воды. По данным международного технологического общества, потребуется около миллиона лет, чтобы 10 % такого стекла растворилось в воде. После заполнения цилиндр заваривают, затем моют. После обследования на предмет внешнего загрязнения стальные цилиндры отправляют в подземные хранилища. Такое состояние отходов остается неизменным в течение многих тысяч лет.
Стекло внутри цилиндра имеет гладкую черную поверхность. В Великобритании вся работа проделывается с использованием камер для работы с высокоактивными веществами. Сахар добавляется для предотвращения образования летучего вещества RuO4, содержащего радиоактивный рутений. На Западе к отходам добавляют боросиликатное стекло, идентичное по составу пирексу; в странах бывшего СССР обычно применяют фосфатное стекло. Количество продуктов деления в стекле должно быть ограничено, так как некоторые элементы (палладий, металлы платиновой группы и теллур) стремятся образовать металлические фазы отдельно от стекла. Один из заводов по витрификации находится в Германии, там перерабатываются отходы деятельности небольшой демонстрационной перерабатывающей фабрики, прекратившей свое существование.
В 1997 году в 20 странах, обладающих большей частью мирового ядерного потенциала, запасы отработанного топлива в хранилищах внутри реакторов составляли 148 тыс. тонн, 59 % из которых были утилизированы. Во внешних хранилищах находилось 78 тыс. тонн отходов, из которых утилизировано 44 %. С учетом темпов утилизации (около 12 тыс. тонн ежегодно), до окончательного устранения отходов еще достаточно далеко.
В 1989 и 1992 годах Франция ввела в строй коммерческие заводы по витрификации высокоактивных РАО, оставшихся от переработки оксидного топлива, несмотря на наличие аналогичных заводов во многих других странах, особенно в Великобритании и Бельгии. Пропускная способность западноевропейских заводов составляет порядка 1000 тонн в год, некоторые из них работают уже 18 лет.
2.3.3 Синрок
Более сложным методом нейтрализации высокоактивных РАО является использование материалов типа СИНРОК (synthetic rock — синтетическая порода).
СИНРОК был разработан профессором Тедом Рингвудом в Австралийском национальном университете. Изначально СИНРОК разрабатывался для утилизации военных высокоактивных РАО США, но в будущем возможно его использование для гражданских нужд. СИНРОК состоит из таких минералов, как пирохлор и криптомелан. Первоначальный вариант СИНРОК (СИНРОК С) был разработан для жидких РАО (рафинатов пурекс-процесса) — отходов деятельности реакторов на легкой воде. Главными составляющими этого вещества являются голландит (BaAl2Ti6O16), цирконолит (CaZrTi2O7) и перовскит (CaTiO3).
Цирконолит и перовскит связывают актиноиды, перовскит нейтрализует стронций и барий, голландит — цезий.
2.3.4 Геологическое захоронение
Поиски подходящих мест для глубокого окончательного захоронения отходов в настоящее время ведутся в нескольких странах; ожидается, что первые подобные хранилища вступят в эксплуатацию после 2010 года. Международная исследовательская лаборатория в швейцарском Гримзеле занимается вопросами, посвященными захоронению РАО. Швеция говорит о своих планах по прямому захоронению использованного топлива с использованием технологии KBS-3, после того, как шведский парламент счел ее достаточно безопасной. В Германии в настоящее время ведутся дискуссии о поисках места для постоянного хранения РАО, активные протесты заявляют жители деревни Горлебен региона Вендланд. Это место вплоть до 1990 года казалось идеальным для захоронения РАО благодаря своей близости к границам бывшей Германской демократической республики. Сейчас РАО находятся в Горлебене на временном хранении, решение о месте их окончательного захоронения пока не принято. Власти США выбрали местом захоронения Юкка-Маунтин, штат Невада, однако данный проект встретил сильное противодействие и стал темой жарких дискуссий. Существует проект создания международного хранилища высокоактивных РАО, в качестве возможных мест захоронения предлагаются Австралия и Россия. Однако власти Австралии выступают против подобного предложения.
Существуют проекты захоронения РАО в океанах, среди которых — захоронение под абиссальной зоной морского дна, захоронение в зоне субдукции, в результате чего отходы будут медленно опускаться к земной мантии, а также захоронение под природным или искусственным островом. Данные проекты имеют очевидные достоинства и позволят решить на международном уровне неприятную проблему захоронения РАО, но, несмотря на это, в настоящее время они заморожены из-за запрещающих положений морского права. Другая причина состоит в том, что в Европе и Северной Америке всерьез опасаются утечки из подобного хранилища, что приведет к экологической катастрофе. Реальная возможность подобной опасности не доказана; тем не менее, запреты были усилены после сброса РАО с кораблей. Однако, в будущем о создании океанских хранилищ РАО всерьез способны задуматься страны, которые не смогут найти других решений данной проблемы.
В 1990-х годах было разработано и запатентовано несколько вариантов конвеерного захоронения в недра радиоактивных отходов. Технология предполагалась следующая: пробуривается стартовая скважина большого диаметра глубиной до 1 км, внутрь опускается капсула, загруженная концентратом радиоактивных отходов весом до 10 т, капсула должна саморазогреваться и в форме «огненного шара» проплавлять земную породу. После заглубления первого «огненного шара» в ту же скважину должна опускаться вторая капсула, затем третья и т. д., создавая некий конвейер. Опасность такого «эксперимента с Землёй» была вовремя вскрыта геофизиками И. Н. Яницким и И. Л. Гуфельдом. Они доказали на базе экспериментальной физики, что на глубинах более 10 км «огненные шары» войдут в сверхагрессивную энергонасыщенную среду земных недр и будет нарушено термодинамическое равновесие земной коры, которое может завершиться созданием очага мощного землетрясения. В результате получится рукотворный пировулкан типа кимберлитового алмазоносного взрыва, и сотни тонн высокотоксичных отходов окажутся в атмосфере.
Более реальным выглядит проект под названием «Remix & Return» (Перемешивание и возврат), суть которого состоит в том, что высокоактивные РАО, смешанные с отходами из урановых рудников и обогатительных фабрик до первоначального уровня радиоактивности урановой руды, будут затем помещены в пустые урановые рудники. Достоинства данного проекта: исчезновение проблемы высокоактивных РАО, возврат вещества на место, предназначенное ему природой, обеспечение работой горняков, и обеспечение цикла удаления и обезвреживания для всех радиоактивных материалов.
2.3.5 Трансмутация
Существуют разработки реакторов, потребляющих в качестве топлива РАО, превращая их в менее вредные отходы, в частности, интегральный ядерный реактор на быстрых нейтронах, не производящий трансурановых отходов, а, по сути, потребляющий их. Проект был заморожен правительством США на стадии крупномасштабных испытаний. Другим предложением, более безопасным, но требующим дополнительных исследований, является переработка подкритическими реакторами трансурановых РАО.
Существуют также теоретические исследования, посвященные использованию термоядерных реакторов в качестве «актиноидных печей». В таком комбинированном реакторе быстрые нейтроны термоядерной реакции делят тяжелые элементы (с выработкой энергии) или поглощаются долгоживущими изотопами с образованием короткоживущих. В результате исследований, недавно проведенных Массачусетским технологическим институтом, было обнаружено, что всего 2-3 термоядерных реактора, схожих по параметрам с международным экспериментальным термоядерным реактором ИТЭР, способны преобразовывать количество актиноидов, вырабатываемое всеми ядерными реакторами на легкой воде. Кроме этого, каждый термоядерный реактор будет вырабатывать порядка 1 гигаватт энергии.
2.3.6 Повторное использование РАО
Еще одним применением изотопам, содержащимся в РАО, является их повторное использование. Уже сейчас цезий-137, стронций-90, технеций-99 и некоторые другие изотопы используются для облучения пищевых продуктов и обеспечивают работу радиоизотопных термоэлектрических генераторов.
2.3.7 Удаление РАО в космос
Отправка РАО в космос является заманчивой идеей, поскольку РАО навсегда удаляются из окружающей среды. Однако у подобных проектов есть значительные недостатки, один из самых важных — возможность аварии ракеты-носителя. Кроме того, значительное потребное число запусков и большая их стоимость делает это предложение непрактичным. Дело также усложняется тем, что до сих пор не достигнуты международные соглашения по поводу данной проблемы.
20 января 2010 года Государственная Дума должна рассматривать проект закона об обращении с РАО. Этот закон в перспективе позволит решить накопленные еще с советского времени проблемы захоронения РАО. Законопроект предполагает, что все радиоактивные отходы в стране должны быть безопасны для населения и окружающей среды. Для этого часть отходов будет выдержана до их радиоактивного распада, а все остальные отправлены на долговременное захоронение.
Согласно законопроекту, для решения этой задачи в стране будет создана единая государственная система обращения с РАО, основными субъектами которой станут орган государственного управления в области обращения с РАО (в проекте прямо указано, что этим органом назначается госкорпорация «Росатом») и национальный оператор по обращению с РАО.
Одним из самых главных элементов закона является «принуждение к захоронению отходов и оплате этого процесса». Этим самым призван законопроект защитить будущие поколения от чрезмерного бремени негативных экологических последствий, связанных с накопленными и не изолированными от окружающей среды РАО, поскольку создаст механизмы устойчивого финансирования деятельности по обращению с вновь образующимися РАО.
В документе прописана обязанность производителей РАО сделать отходы пригодными для безопасного захоронения и передавать их для захоронения национальному оператору. Законопроект предполагает, что нерегулярные производители РАО будут финансировать захоронение отходов на основе разовых платежей. Организации, эксплуатирующие особо радиационно-опасные и ядерно-опасные производства и объекты будут платить за захоронение РАО с помощью отчислений в специальные резервные фонды госкорпорации «Росатом». Размеры этих отчислений будут устанавливаться на основе единых тарифов. Финансирование обращения с радиоактивными отходами, находящимися в федеральной собственности, будет идти через порядок, определяемый правительством страны.
Существующие сегодня технологии могут решить проблему радиоактивного загрязнения, но лишь до определенного уровня и при наличии необходимых законодательных ограничений и норм. При этом необходимо, чтобы сами люди – и ученые, и инженеры, и политики и бизнесмены — понимали степень угрозы и принимали участие в решении проблемы РАО. До тех пор, пока лидеры мировых держав и представители крупного бизнеса не переменят свои взгляды на существующий порядок вещей и, в частности, потребительское отношение к Планете, проблема РАО будет оставаться и будет только усиливаться, приближая нас всех к катастрофе.
Основа экологического подхода к любому виду человеческой деятельности — минимальное воздействие на окружающую природную среду и коэволюция с ней. Основное требование — вовлечение в круговорот (естественный или антропогенный) всех продуктов производства. По отношению к проблеме обращения с РАО это означает необходимость максимально возможной их утилизации. Проблема кардинального сокращения объемов РАО может быть решена значительно быстрее и эффективнее по сравнению с другими промышленными отходами.
Принятие социально-политической программы «ядерная энергетика — без РАО» и практическая технологическая работа над ее осуществлением снимают основные экологические ограничения на развитие атомной энергетики. Однако преодоление радиофобии потребует длительной воспитательной работы.
Не могут не радовать законодательные инициативы Правительства нашей страны и то, что о проблеме радиоактивного загрязнения и утилизации РАО заговорили вслух на таком высоком уровне. Это дает некоторую надежду на то ,что проблема РАО в будущем, пусть даже и не таком близком, как хотелось бы, перестанет быть Проблемой, а станет просто одним из бытовых вопросов.
Радиоактивные отходы. Википедия — свободная энциклопедия [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Радиоактивные_отходы, свободный. — Заголовок с экрана.
Госдума обсудит законопроект «Об обращении с радиоактивными отходами. Электронное периодическое издание «РИАН.Ру» [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://eco.rian.ru/business/20100120/205377852.html , свободный. Заголовок с экрана.
Хранение и утилизация радиоактивных отходов в России. Электронное периодическое издание «РИАН.Ру» [Электронный ресурс].- Режим доступа: http://eco.rian.ru/ecoinfogr/20100210/208568498.html , свободный. Загловок с экрана.
Методология решения проблемы утилизации радиоактивных отходов. Экология окружающей среды стран СНГ [Электронный ресурс].- Режим доступа: http://www.ecologylife.ru/ecologists/metod-resh-prob-util-okr-sredy.html , свободный. Заголовок с экрана.
В.И. Поляков. Ядерная энергетика без радиоактивных отходов. Научная онлайн библиотека «Порталус» [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.portalus.ru/modules/ecology/rus_readme.php?subaction =showfull&id=1096469209&archive=&start_from=&ucat=6&category=6, свободный. Заголовок с экрана.
