Способы и порядок захоронения радиоактивных отходов. Радиоактивные отходы. Захоронение радиоактивных отходов Радиоактивные отходы понятие виды

Любое производство оставляет после себя отходы. И сферы, использующие свойства радиоактивности, не исключение. Свободное обращение ядерных отходов, как правило, недопустимо уже на законодательном уровне. Соответственно, их необходимо изолировать и сохранять, учитывая особенности отдельных элементов.

Знак, являющийся предупреждением об опасности ионизирующего излучения РАО (радиоактивных отходов)

Радиоактивные отходы (РАО) – это вещества, которые имеют в своем составе элементы, обладающие радиоактивностью. Такие отходы не имеют практической значимости, то есть они непригодны для вторичного применения.

Обратите внимание! Довольно часто используется синонимичное понятие – .

От термина «радиоактивные отходы» стоит различать понятие «отработавшее ядерное топливо – ОЯТ». Отличие ОЯТ от РАО состоит в том, что отработки ядерного топлива после должной переработки могут использоваться повторно в виде свежих материалов для ядерных реакторов.

Дополнительная информация: ОЯТ представляют собой совокупность тепловыделяющих элементов, в основном состоящих из остатков топлива ядерных установок и большого количества продуктов полураспада, как правило, ими являются изотопы 137 Cs и 90 Sr. Их активно используют в работе научных и медицинских учреждений, а также на промышленных и сельскохозяйственных предприятиях.

В нашей стране существует лишь одна организация, которая вправе проводить мероприятия по окончательному захоронению РАО. Это Национальный оператор по обращению с радиоактивными отходами (ФГУП «НО РАО»).

Действия данной организации регламентируются Законодательством РФ (№190 ФЗ от 11.07.2011). Закон предписывает обязательное захоронение радиоактивных отходов, произведённых на территории России, а также запрещает их ввоз из-за рубежа.

Классификация

Классификация рассматриваемого вида отходов включает несколько классов РАО и состоит из:

низкоактивных (их можно поделить на классы: A, B, C и GTCC (самый опасный));
среднеактивных (в Соединённых Штатах этот вид РАО не выделяется в отдельный класс, так что понятием пользуются обычно в Европейских странах);
высокоактивных РАО.

Иногда обособляют ещё один класс РАО: трансурановый. К данному классу принадлежат отходы, характеризующиеся содержанием трансурановых α-излучающих радионуклидов с большими периодами распада и крайне высокими значениями их концентраций. По причине продолжительного периода полураспада этих отходов, погребение происходит гораздо более основательно, нежели изоляция малоактивных и среднеактивных РАО. Предсказать, насколько опасными для экологической обстановки и человеческого организма будут являться данные вещества, крайне проблематично.

Проблема обращения с радиоактивными отходами

Во время функционирования первых предприятий, использующих радиоактивные соединения, было принято считать, что рассеяние некоторого количества РАО на участках окружающей среды допустимо, в отличие от отходов, образующихся в остальных производственных отраслях.

Так, на печально известном предприятии «Маяк» на начальном этапе осуществления деятельности все РАО выводились в ближайшие водные источники. Таким образом, произошло серьезнейшее загрязнение реки Теча и расположенного на ней ряда водоёмов.

Впоследствии выяснилось, что в различных областях биосферы происходит накопление и концентрирование опасных РАО и поэтому простой сброс их в окружающую среду недопустим. Вместе с зараженной пищей радиоактивные элементы поступают в организм человека, что приводит к значительному повышению риска облучения. Поэтому в последние годы активно разрабатываются различные методы сбора, транспортировки и хранения РАО.

Утилизация и переработка

Утилизация радиоактивных отходов может происходить по-разному. Это зависит от класса РАО, к которому они принадлежат. Наиболее примитивной считается утилизация низкоактивных и среднеактивных РАО. Отметим также, что по строению радиоактивные отходы подразделяются на короткоживущие вещества с непродолжительным периодом полураспада и на отходы с долговременным периодом полураспада. Последние относятся к классу долгоживущих.

Для короткоживущих отходов наиболее простым способом утилизации считается их непродолжительное хранение на специально предназначенных площадках в герметичных контейнерах. В течение определённого времени происходит обезвреживание РАО, после чего радиоактивно безвредные отходы могут быть подвержены переработке подобно тому, как перерабатывается бытовой мусор. К таким отходам могут относиться, например, материалы лечебно-профилактических учреждений (ЛПУ). Контейнером для непродолжительного хранения может выступать стандартная двухсотлитровая бочка, изготовленная из металла. Чтобы избежать проникновения радиоактивных элементов из емкости в среду, отходы обычно заливаются битумной или цементной смесью.

На фото обозначены технологии обращения с РАО на одном из современных предприятий России

Утилизация отходов, постоянно образующихся на атомных электростанциях, значительно сложнее в осуществлении и требует применения особых методов, таких как, например, плазменная переработка, недавно реализованная на Нововоронежской АЭС. В этом случае РАО подвергают превращению в вещества, подобные стеклу, которые впоследствии помещаются в контейнеры с целью безвозвратного захоронения.

Такая переработка абсолютно безопасна и позволяет в несколько раз сократить количество РАО. Способствует этому многоступенчатая очистка продуктов сжигания. Процесс может протекать в автономном режиме на протяжении 720 часов, с продуктивностью до 250 кг отходов в час. Температурный показатель в печной установке при этом достигает 1800 0 С. Считается, что такой новый комплекс проработает ещё в течение 30 лет.

Преимущества плазменного процесса утилизации РАО перед прочими, как говорится, налицо. Так, нет необходимости осуществлять тщательную сортировку отходов. Кроме того, многочисленные методы очистки позволяют сократить выделение газообразных примесей в атмосферу.

Радиоактивное загрязнение, могильники радиоактивных отходов в России

В течение многих лет предприятие «Маяк», расположенное в северо-восточной части России, являлось ядерной электростанцией, но в 1957 году там случилась одна из самых катастрофичных ядерных аварий. В результате инцидента в природную среду выделилось до 100 тонн опасных РАО, поразивших огромные по площади территории. При этом катастрофа вплоть до 1980 годов тщательно скрывалась. В продолжение большого количества лет, в реку Карачай производили сбрасывание отходов со станции и с загрязненной окружающей области. Это стало причиной загрязнения водного источника, столь необходимого для тысяч людей.

«Маяк» далеко не единственное место в нашей стране, подверженное радиоактивному загрязнению. Одним из основных экологически опасных объектов в Нижегородской области является участок захоронения радиоактивных отходов, расположенный в 17 километрах от города Семёнов, широко известный также как Семёновский могильник.

В Сибири располагается хранилище, в котором ядерные отходы размещаются уже больше 40 лет. Для хранения радиоактивных материалов там применяют незакрытые бассейны и контейнеры, в которых уже содержится примерно 125 тысяч тонн отходов.

В России вообще обнаружено огромное количество территорий с превышающим допустимые нормы уровнем радиации. В их число входят даже такие крупные города, как Санкт-Петербург, Москва, Калининград и др. Например, в детском саду вблизи института им. Курчатова в нашей столице была выявлена песочница для детей с уровнем радиации в 612 тыс. мР/час. Если бы человек находился на этом «безопасном» детском объекте в течение 1 суток, то он был бы облучен смертельной дозой радиации.

Во время существования СССР, особенно в середине прошлого столетия, опаснейшие радиоактивные отходы могли сваливать в ближайшие овраги, так что образовывалась целая свалка. А с разрастанием городов, в этих зараженных местах строились новые спальные и производственные кварталы.

Оценить, какова судьба радиоактивных отходов в биосфере довольно проблематично. Дожди и ветры активно распространяют загрязнения по всем окружающим территориям. Так, за последние годы значительно возросла скорость, с которой происходит загрязнение Белого моря в результате захоронения РАО.

Проблемы захоронения

В осуществлении процессов хранения и захоронения ядерных отходов сегодня существуют два подхода: локальный и региональный. Захоронение РАО на месте их производства с разных точек зрения очень удобно, однако, такой подход может приводить к росту числа опасных участков захоронения при постройке новых сооружений. С другой стороны, если количество этих мест будет строго ограничено, то возникнет проблема себестоимости и обеспечения безопасных транспортировок отходов. Ведь вне зависимости от того является ли перевозка радиоактивных отходов процессом производства, стоит исключить несуществующие критерии опасности. Бескомпромиссный выбор в этом вопросе сделать довольно сложно, если вообще возможно. В разных государствах такой вопрос решают по-разному и, единого мнения пока не существует.

Одной из главных проблем можно считать определение геологических формаций, пригодных для того, чтобы организовать кладбище радиоактивных отходов. Лучше всего для этой цели подходят глубокие штольни и шахты, использовавшиеся для добычи каменной соли. А также часто приспосабливают скважины на территориях, богатых глиняными и скальными породами. Высокая водонепроницаемость, так или иначе, одна из самых важных характеристик при выборе места захоронения. Своеобразный могильник радиоактивных отходов появляется в местах подземных ядерных взрывов. Так, в штате Невада, США, на участке, послужившем полигоном примерно для 450 взрывов, практически каждый из таких взрывов образовал хранилище высокоактивных ядерных отходов, погребённых в горной породе без каких-либо технических «препятствий».

Таким образом, проблема образования радиоактивных отходов крайне трудна и неоднозначна. Достижения в ядерной энергетике, конечно, приносят человечеству колоссальную выгоду, но при этом и создают множество неприятностей. И одной из главных и нерешенных на сегодняшний день проблем, является проблема захоронения радиоактивных отходов.

Более подробно об истории вопроса, а также о современном взгляде на проблематику ядерных отходов, можно увидеть в специальном выпуске программы «Ядерное наследие» телеканала «Наука 2.0».

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

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

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

Сбор, модификация и захоронение радиоактивных отходов должны производиться отдельно от остальных видов утильсырья. Сбрасывание их в водоемы запрещено, иначе последствия будут очень печальными. Радиоактивными называют отходы, не представляющие для дальнейшего производства практической ценности. Они включают в себя совокупность радиоактивных химических элементов. Согласно законодательству России, последующее использование подобных соединений запрещено.

Перед началом процесса утилизации, РАО необходимо рассортировать по степени радиоактивности, форме и периоду распада. В дальнейшем, для уменьшения объемов опасных изотопов и нейтрализации радионуклидов, их подвергают обработке с помощью сжигания, выпаривания, прессовки и фильтрации.

Последующая обработка заключается в осуществлении фиксации жидких отходов с помощью цемента или битума с целью их отвердения, либо остекловывании высокоактивных РАО.

Зафиксированные изотопы помещают в специальные сложно сконструированные контейнеры с толстыми стенками для дальнейшей их транспортировки к месту хранения. С целью повышения безопасности, их снабжают дополнительной упаковкой.

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.

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.

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:

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

Длительное захоронение РАО — десяток лет. Вредные элементы хоронят в траншеях, небольших инженерных сооружениях, сделанных на земле или под ней.
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.
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

Хранилища радиоактивных отходов в России должны соответствовать требованиям:

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.
Рядом с территорией могильника не должно быть зон застройки, иначе есть риск повреждения контейнеров.
При полигоне должен находиться участок, на котором будет выполняться захоронение отходов.
Уровень грунтовых источников должен быть максимально удален. Если отходы попадут в воду, то последствия будут печальными – смерть животных и человека
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.
При полигоне должен находиться завод, занимающийся детоксикацией РАО.

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.

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.

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:

Физический метод. Подразумевает процесс выпаривания или вымораживания веществ. Далее проводится герметизация и помещение вредных элементов в могильники мусора.
Физико — химический. При помощи раствора с селективными экстрагентами проводится экстракция, т.е. вывод радионуклидов.
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.

Знатоки ценят шампанское дома Фурье. Его получают из винограда, растущего на живописных холмах Шампани. Трудно поверить, что менее чем в 10 км от знаменитых виноградников находится крупнейшее хранилище радиоактивных отходов. Их свозят со всей Франции, доставляют из-за границы и захоранивают на ближайшие сотни лет. Дом Фурье продолжает делать великолепное шампанское, вокруг цветут луга, обстановка контролируется, гарантируется полная чистота и безопасность на полигоне и вокруг него. Такая зеленая лужайка — главная цель строительства захоронений радиоактивных отходов.

Роман Фишман

Что бы ни говорили отдельные горячие головы, можно с уверенностью утверждать, что превратиться во всемирную радиоактивную свалку России в обозримом будущем не грозит. Принятый в 2011 году федеральный закон прямо запрещает перевозку таких отходов через границу. Запрет действует в обе стороны, с единственным исключением, касающимся возвращения источников излучения, которые были произведены в стране и поставлены за рубеж.

Но даже с учетом закона по‑настоящему пугающих отходов атомная энергетика производит немного. Самые активные и опасные радионуклиды содержит отработавшее ядерное топливо (ОЯТ): тепловыделяющие элементы и сборки, в которые они помещаются, излучают даже сильнее свежего ядерного топлива и продолжают выделять тепло. Это не отходы, а ценный ресурс, в нем содержится немало урана-235 и 238, плутоний и ряд других изотопов, полезных для медицины и науки. Все это составляет более 95% ОЯТ и с успехом извлекается на специализированных предприятиях — в России это прежде всего знаменитое ПО «Маяк» в Челябинской области, где сейчас внедряется третье поколение технологий переработки, позволяющее вернуть в работу 97% ОЯТ. Уже скоро производство, эксплуатация и переработка ядерного топлива замкнутся в единый цикл, не выдающий практически никаких опасных веществ.

Однако и без ОЯТ объемы радиоактивных отходов будут составлять тысячи тонн в год. Ведь санитарные правила требуют относить сюда все, что излучает выше определенного уровня или содержит больше положенного количества радионуклидов. В эту группу попадает почти любой предмет, который достаточно долго контактировал с ионизирующим излучением. Детали кранов и машин, работавших с рудой и топливом, воздушные и водные фильтры, провода и оборудование, пустая тара и просто спецодежда, отслужившая свой срок и больше не имеющая ценности. МАГАТЭ (Международное агентство по атомной энергии) разделяет радиоактивные отходы (РАО) на жидкие и твердые, нескольких категорий, начиная от очень низкоактивных и заканчивая высокоактивными. И для каждой приняты свои требования к обращению.

Классификация РАО

Класс 1	Класс 2	Класс 3	Класс 4	Класс 5	Класс 6
Твердые				Жидкие
Материалы Оборудование Изделия Отвержденные ЖРО ВАО с высоким тепловыделением	Материалы Оборудование Изделия Отвержденные ЖРО ВАО с низким тепловыделением САО долгоживущие	Материалы Оборудование Изделия Отвержденные ЖРО САО короткоживущие НАО долгоживущие	Материалы Оборудование Изделия Биологические объекты Отвержденные ЖРО НАО короткоживущие ОНАО долгоживущие	Органические и неорганические жидкости САО короткоживущие НАО долгоживущие	РАО, образующиеся при добыче и переработке урановых руд, минерального и органического сырья с повышенным содержанием природных радионуклидов
	Финальная изоляция в пунктах глубинного захоронения с предварительной выдержкой	Финальная изоляция в пунктах глубинного захоронения на глубине до 100 м	Финальная изоляция в пунктах приповерхностного захоронения на уровне земли	Финальная изоляция в существующих пунктах глубинного захоронения	Финальная изоляция в пунктах приповерхностного захоронения

Холодно: переработка

Самые большие экологические ошибки, связанные с атомной промышленностью, были сделаны в первые годы существования отрасли. Еще не представляя всех последствий, сверхдержавы середины ХХ века спешили опередить конкурентов, полнее овладеть силой атома и обращению с отходами не уделяли особого внимания. Однако результаты такой политики стали очевидны довольно скоро, и уже в 1957 году в СССР приняли постановление «О мероприятиях по обеспечению безопасности при работах с радиоактивными веществами», а год спустя открылись первые предприятия по их переработке и хранению.

Часть из предприятий действует до сих пор, уже в структурах Росатома, и одно сохраняет свое старое «серийное» название — «Радон». Полтора десятка предприятий передано в управление специализированной компании РосРАО. Вместе с ПО «Маяк», Горно-химическим комбинатом и другими предприятиями Росатома они лицензированы для обращения с радиоактивными отходами разных категорий. Впрочем, к их услугам прибегают не только атомщики: радиоактивные вещества применяются для самых разных задач, от лечения рака и биохимических исследований до производства радиоизотопных термоэлектрических генераторов (РИТЭГов). И все они, отработав свое, превращаются в отходы.

Большинство из них низкоактивны — и конечно, со временем, по мере распада короткоживущих изотопов становятся все безопаснее. Такие отходы обычно отправляются на подготовленные полигоны для хранения на протяжении десятков или сотен лет. Предварительно их перерабатывают: то, что может гореть, сжигают в печах, очищая дым сложной системой фильтров. Золу, порошки и другие рыхлые компоненты цементируют или заливают расплавленным боросиликатным стеклом. Жидкие отходы умеренных объемов фильтруют и концентрируют упариванием, извлекая из них радионуклиды сорбентами. Твердые сминают в прессах. Все помещают в 100- или 200-литровые бочки и снова прессуют, помещают в контейнеры и еще раз цементируют. «Здесь все очень строго, — рассказал нам заместитель генерального директора РусРАО Сергей Николаевич Брыкин. — В обращении с РАО запрещено все, что не разрешено лицензиями».

Для перевозки и хранения РАО используются специальные контейнеры: в зависимости от активности и вида излучения они могут быть железобетонные, стальные, свинцовые или даже из обогащенного бором полиэтилена. Обработку и упаковку стараются производить на месте с помощью мобильных комплексов, чтобы снизить трудности и риски транспортировки, частично с помощью роботизированной техники. Маршруты перевозки заранее продумывают и согласовывают. Каждый контейнер имеет собственный идентификатор, и судьба их прослеживается до самого конца.

Центр кондиционирования и хранения РАО в губе Андреева на берегу Баренцева моря работает на месте бывшей технической базы Северного флота.

Теплее: хранение

РИТЭГи, о которых мы вспоминали выше, сегодня на Земле почти не применяются. Некогда они обеспечивали питанием автоматические пункты мониторинга и навигации в далеких и труднодоступных точках. Однако многочисленные инциденты с утечками радиоактивных изотопов в окружающую среду и банальным воровством цветмета заставили отказаться от их использования где-либо помимо космических аппаратов. В СССР успели произвести и собрать больше тысячи РИТЭГов, которые демонтированы и продолжают утилизироваться.

Еще большую проблему представляет наследие холодной войны: за десятилетия одних только атомных подлодок было построено почти 270, а сегодня в строю остается менее полусотни, остальные утилизированы или ожидают этой сложной и дорогой процедуры. При этом выгружают отработавшее топливо, а реакторный отсек и два соседних вырезают. С них демонтируют оборудование, дополнительно герметизируют и оставляют храниться на плаву. Так делалось годами, и к началу 2000-х в российском Заполярье и на Дальнем Востоке ржавело около 180 радиоактивных «поплавков». Проблема стояла так остро, что обсуждалась на встрече лидеров стран «Большой восьмерки», которые договорились о международном сотрудничестве в уборке побережья.

Док-понтон для выполнения операций с блоками реакторных отсеков (85 х 31,2 х 29 м). Грузоподъемность: 3500 т; осадка при буксировке: 7,7 м; скорость при буксировке: до 6 узлов (11 км/ч); срок службы: не менее 50 лет. Строитель: Fincantieri. Оператор: Росатом. Место: Сайда Губа в Кольском заливе, рассчитанная на хранение 120 реакторных отсеков.

Сегодня блоки поднимают из воды и очищают, реакторные отсеки вырезают, на них наносят антикоррозийное покрытие. Обработанные упаковки устанавливаются для длительного безопасного хранения на подготовленных бетонированных площадках. На недавно заработавшем комплексе в Сайда Губе в Мурманской области для этого даже снесли сопку, скальное основание которой дало надежную опору для хранилища, рассчитанного на 120 отсеков. Выстроенные в ряд, густо покрашенные реакторы напоминают аккуратную заводскую площадку или склад промышленного оборудования, за которым следит внимательный хозяин.

Такой результат ликвидации опасных радиационных объектов на языке атомщиков называется «коричневой лужайкой» и считается совершенно безопасным, хотя и не очень эстетичным на вид. Идеальная же цель их манипуляций — «зеленая лужайка», наподобие той, которая раскинулась над уже знакомым нам французским хранилищем CSA (Centre de stockage de l’Aube). Водонепроницаемое покрытие и толстый слой специально подобранного дерна превращают крышу заглубленного бункера в поляну, на которой так и хочется прилечь, тем более что это разрешено. Только самым опасным РАО уготована не «лужайка», а мрачная тьма окончательного захоронения.

Горячо: захоронение

Высокоактивные РАО, в том числе отходы переработки ОЯТ, нуждаются в надежной изоляции на десятки и сотни тысяч лет. Отправка отходов в космос слишком дорога, опасна авариями при старте, захоронения в океане или в разломах земной коры чреваты непредсказуемыми последствиями. Первые годы или десятилетия их еще можно выдерживать в бассейнах «мокрых» наземных хранилищ, но затем с ними придется что-то делать. Например, перенести в более безопасное и долговременное сухое — и гарантировать его надежность на сотни и тысячи лет.

«Основная проблема сухих хранилищ — это теплообмен, — объясняет Сергей Брыкин. — Если нет водной среды, высокоактивные отходы нагреваются, что требует специальных инженерных решений». В России такое централизованное наземное хранилище с продуманной системой пассивного воздушного охлаждения работает на Горно-химическом комбинате под Красноярском. Но и это лишь полумера: по‑настоящему надежный могильник должен быть подземным. Тогда защиту ему обеспечат не только инженерные системы, но и геологические условия, сотни метров неподвижной и желательно водонепроницаемой скальной или глинистой породы.

Такое подземное сухое хранилище с 2015 года используется и параллельно продолжает строиться в Финляндии. В Онкало высокоактивные РАО и ОЯТ будут заперты в гранитной скале на глубине порядка 440 м, в медных пеналах, дополнительно изолированных бентонитовой глиной, и сроком не менее 100 тыс. лет. В 2017-м шведские энергетики из SKB объявили о том, что возьмут на вооружение этот метод и возведут собственное «вечное» хранилище под Форсмарком. В США продолжаются дебаты вокруг строительства в пустыне Невады репозитория Юкка-Маунтин, которое уйдет на сотни метров в вулканический горный хребет. Всеобщее увлечение подземными хранилищами можно рассмотреть и с другой стороны: такое надежное и защищенное захоронение может стать хорошим бизнесом.

Тарин Саймон, 2015−3015 годы. Стекло, радиоактивные отходы. Остекловывание радиоактивных отходов запечатывает их внутри твердого инертного вещества на тысячелетия. Американская художница Тарин Саймон использовала эту технологию в работе, посвященной столетию «Черного квадрата» Малевича. Черный стеклянный куб с остеклованными РАО был создан в 2015 году для московского музея «Гараж» и с тех пор хранится на территории завода «Радон» в Сергиевом Посаде. В музей он попадет примерно через тысячу лет, когда станет окончательно безопасен для публики.

От Сибири до Австралии

Во-первых, в будущем технологии могут потребовать новых редких изотопов, которых немало в ОЯТ. Могут появиться и методы их безопасного дешевого извлечения. Во‑вторых, за захоронение высокоактивных отходов многие страны готовы платить уже сейчас. России же вовсе некуда деваться: высокоразвитой атомной отрасли необходим современный «вечный» могильник для таких опасных РАО. Поэтому в середине 2020-х недалеко от Горно-химического комбината должна заработать подземная научно-исследовательская лаборатория.

В гнейсовую, плохо проницаемую для радионуклидов породу уйдут три вертикальные шахты, и на глубине 500 м будет оборудована лаборатория, куда поместят пеналы с электронагревающимися имитаторами упаковок РАО. В будущем спрессованные средне- и высокоактивные отходы, помещенные в специальные упаковки и стальные пеналы, будут укладываться в контейнеры и цементироваться смесью на основе бентонита. Пока же здесь запланировано порядка полутора сотен экспериментов, и лишь после 15−20 лет испытаний и обоснования безопасности лабораторию преобразуют в многолетнее сухое хранилище РАО первого и второго классов — в малонаселенной части Сибири.

Населенность страны — важный аспект всех таких проектов. Люди редко приветствуют создание захоронений РАО в нескольких километрах от собственного дома, и в густонаселенной Европе или Азии непросто найти место для стройки. Поэтому ими активно стараются заинтересовать такие малонаселенные страны, как Россия или Финляндия. С недавних пор к ним присоединилась и Австралия с ее богатыми урановыми рудниками. По словам Сергея Брыкина, страна выдвинула предложение по возведению на ее территории международного могильника под эгидой МАГАТЭ. Власти рассчитывают, что это принесет дополнительные деньги и новые технологии. Но тогда России стать всемирной радиоактивной свалкой точно не грозит.

Статья «Зеленая лужайка над атомным могильником» опубликована в журнале «Популярная механика» (№3, Март 2018).

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

В 20 веке безостановочный поиск идеального источника энергии, казалось бы завершился. Этим источником стали ядра атомов и реакции, происходящие в них - во всем мире началась активная разработка ядерного оружия и строительство атомных электростанций.

Но планета быстро столкнулась с проблемой – переработки и уничтожения ядерных отходов. Энергия атомных реакторов несет в себе массу опасностей, так же как и отходы данной отрасли. До сих пор тщательно проработанной технологии переработки не существует, в то время как сама сфера активно развивается. Поэтому безопасность зависит в первую очередь от правильной утилизации.

Определение

Ядерные отходы содержат в себе радиоактивные изотопы определенных химических элементов. В России, согласно определению, данному в ФЗ №170 «Об использовании атомной энергии» (от 21 ноября 1995 года), дальнейшее использование таких отходов не предусматривается.

Главная опасность материалов заключается в излучении гигантских доз радиации, губительно действующей на живой организм. Последствиями радиоактивного воздействия становятся генетические нарушения, лучевая болезнь и смерть.

Карта классификаций

Основным источником ядерных материалов в России являются сфера атомной энергетики и военные разработки. Все отходы ядерного производства имеют три степени радиации, знакомые многим еще из курса физики:

Альфа - излучающие.
Бета - излучающие.
Гамма - излучающие.

Первые считаются самыми безобидными, так как дают неопасный уровень радиации, в отличие от двух других. Правда, это не мешает им входить в класс наиболее опасных отходов.

В целом, карта классификаций ядерных отходов в России делит их на три вида:

Твердый ядерный мусор. К нему относится огромное количество материалов технического обслуживания в сферах энергетики, одежда персонала, мусор, скапливающийся в ходе работы. Такие отходы сжигают в печах, после чего пепел смешивается со специальной цементной смесью. Ее заливают в бочки, запаивают и отправляют в хранилище. Захоронение подробно описано ниже.
Жидкие. Процесс работы атомных реакторов невозможен без использования технологических растворов. Кроме того, сюда относится вода, которую применяют для обработки спец костюмов и мытья работников. Жидкости тщательно выпаривают, а дальше происходит захоронение. Жидкие отходы нередко перерабатываются и используются в качестве топлива для атомных реакторов.
Элементы конструкции реакторов, транспорта и средств технического контроля на предприятии составляют отдельную группу. Их утилизация - самая дорогостоящая. На сегодняшний день существует два выхода: установка саркофага или демонтаж с его частичной дезактивацией и дальнейшее отправление в хранилище на захоронение.

Карта ядерных отходов в России также определяет низкоактивные и высокоактивные:

Низкоактивные отходы — возникают в процессе деятельности лечебных учреждений, институтов и исследовательских центров. Здесь радиоактивные вещества применяются для проведения химических тестов. Уровень радиации, излучаемой этими материалами, очень низок. Правильная утилизация позволяет превратить опасный мусор в обычный приблизительно за несколько недель, после чего его можно уничтожить как обычные отходы.
Высокоактивные отходы - это отработанное топливо реакторов и материалы, применяемые в военной промышленности для разработки ядерного оружия. Топливо на станциях представляет собой специальные стержни с радиоактивным веществом. Реактор функционирует примерно 12 — 18 месяцев, после чего топливо необходимо менять. Объем отходов при этом просто колоссальный. И эта цифра растет во всех странах, развивающих сферу атомной энергетики. Утилизация высокоактивных отходов должна учитывать все нюансы, чтобы избежать катастрофы для окружающей среды и человека.

Переработка и утилизация

На данный момент существует несколько методов утилизации ядерных отходов. Все они имеют свои преимущества и недочеты, но как ни крути, не позволяют полностью избавиться от опасности радиоактивного воздействия.

Захоронение

Захоронение отходов - наиболее перспективный метод утилизации, который особенно активно применяется в России. Сначала происходит процесс витрификации или «остекловывания» отходов. Отработавшее вещество кальцинируют, после чего в смесь добавляется кварц, и такое «жидкое стекло» вливается в специальные цилиндрические формы из стали. Полученный стеклянный материал устойчив к воздействию воды, что уменьшает возможность попадания радиоактивных элементов в среду.

Готовые цилиндры заваривают и тщательно моют, избавляясь от малейшего загрязнения. Далее они отправляются в хранилище на очень длительное время. Хранилище устраивают на геологических устойчивых территориях, чтобы хранилище не было повреждено.

Геологическое захоронение осуществляют на глубине более 300 метров таким образом, чтобы в течение долгого времени отходы не нуждались в дальнейшем обслуживании.

Сжигание

Часть ядерных материалов, как уже говорилось выше, представляет собой непосредственные результаты производства, а своего рода побочный мусор в сфере энергетики. Это материалы, в ходе производства подвергшиеся облучению: макулатура, дерево, одежда, бытовой мусор.

Все это сжигается в специально спроектированных печах, позволяющих минимизировать уровень токсичных веществ в атмосферу. Пепел, среди прочих отходов, подвергается цементированию.

Цементирование

Захоронение (один из способов) ядерных отходов в России путем цементирования – одна из самых распространенных практик. Суть заключается в помещении облученных материалов и радиоактивных элементов в специальные контейнеры, которые затем заливают специальным раствором. В состав такого раствора входит целый коктейль из химических элементов.

В результате он практически не подвергается воздействию внешней среды, что позволяет достичь практически неограниченного срока. Но стоит сделать оговорку, что подобное захоронение возможно только для утилизации отходов среднего уровня опасности.

Уплотнение

Давняя и достаточно надежная практика, нацеленная на захоронение и уменьшение объема отходов. Она не применяется для переработки основных топливных материалов, но позволяет обработать другие отходы низкого уровня опасности. В данной технологии применяются гидравлические и пневматические прессы с низкой силой давления.

Повторное применение

Использование радиоактивного материала в области энергетики происходит не в полной мере – в силу специфики активности данных веществ. Отработавшие свое, отходы все еще остаются потенциальным источником энергии для реакторов.

В современном мире и тем более в России ситуация с энергетическими ресурсами довольно серьезная, и потому вторичное использование ядерных материалов в качестве топлива для реакторов уже не кажется невероятным.

Сегодня существуют методы, позволяющие применять отработавшее сырье для применения в сферах энергетики. Радиоизотопы, содержащиеся в отходах, используют для обработки пищевых продуктов и в качестве «батарейки» для работы термоэлектрических реакторов.

Но пока технология еще находится в развитии, и идеального метода переработки не найдено. Тем не менее, переработка и уничтожение ядерных отходов позволяет частично разрешить вопрос с подобным мусором, используя его в качестве топлива для реакторов.

К сожалению в России подобный метод избавления от ядерного мусора практически не развивается.

Объемы

В России во всем мире объемы ядерных отходов, отправляющихся на захоронение, составляют десятки тысяч кубометров ежегодно. Каждый год европейские хранилища принимают около 45 тысяч кубометров отходов, а в США такой объем поглощает лишь один полигон в штате Невада.

Ядерные отходы и работы связанные с ними за рубежом и в России – это деятельность специализированных предприятий, снабженных качественной техникой и оборудованием. На предприятиях отходы подвергаются различным способам обработки, описанным выше. В результате удается уменьшить объем, снизить уровень опасности и даже использовать некоторый мусор в сфере энергетики как топливо для атомных реакторов.

Мирный атом давно доказал, что все не так просто. Область энергетики развивается, и будет развиваться. То же можно сказать и о военной сфере. Но если на выброс других отходов мы иногда закрываем глаза, неправильно утилизированные ядерный мусор может стать причиной тотальной катастрофы для всего человечества. Поэтому этот вопрос требует скорейшего решения, пока не поздно.

После запрещения испытаний ядерного оружия в трех сферах проблема уничтожения радиоактивных отходов, образующихся в процессе использования атомной энергии в мирных целях, занимает одно из первых мест среди всех проблем радиационной экологии.

По физическому состоянию радиоактивные отходы (РАО) подразделяются на твердые, жидкие и газообразные.

Согласно ОСПОРБ-99 (Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности) к твердым радиоактивным отходам относятся отработавшие свой ресурс радионуклидные источники, не предназначенные для дальнейшего использования материалы, изделия, оборудование, биологические объекты, грунт, а также отвержденные жидкие радиоактивные отходы, в которых удельная активность радионуклидов больше значений, приведенных в приложении П-4 НРБ-99 (нормы радиационной безопасности). При неизвестном радионуклидном составе к РАО следует относить материалы с удельной активностью больше:

100 кБк/кг – для источников бета-излучения;

10 кБк/кг – для источников альфа-излучения;

1 кБк/кг – для трансурановых радионуклидов (химические радиоактивные элементы, расположенные в периодической системе элементов после урана, т.е. с атомным номером больше 92. Все они получены искусственно, а в природе встречаются лишь Np и Pu в чрезвычайно малых количествах).

К жидким радиоактивным отходам относятся не подлежащие дальнейшему использованию органические и неорганические жидкости, пульпы и шламы, в которых удельная активность радионуклидов более чем в 10 раз превышает значения уровней вмешательства при поступлении с водой, приведенные в приложении П-2 НРБ-99.

К газообразным радиоактивным отходам относятся не подлежащие использованию радиоактивные газы и аэрозоли, образующиеся при производственных процессах с объемной активностью, превышающей допустимые среднегодовые объемные активности (ДОА), приведенные в приложении П-2 НРБ-99.

Жидкие и твердые радиоактивные отходы подразделяются по удельной активности на 3 категории: низкоактивные, среднеактивные и высокоактивные (табл. 26).

Таблица 26 – Классификация жидких и твердых РАО (ОСПОРБ-99)

	Удельная активность, кБк/кг
	бета-излучающие	альфа-излучающие	трансурановые
Низкоактивные
Среднеактивные	от 10 3 до 10 7	от 10 2 до 10 6	от 10 1 до 10 5
Высокоактивные

Радиоактивные отходы образуются:

− в процессе добычи и переработки радиоактивного минераль
ного сырья;

− при работе атомных электростанций;

− в процессе эксплуатации и утилизации кораблей с ядерными
установками;

− при переработке отработавшего ядерного топлива;

− при производстве ядерного оружия;

− при проведении научных работ с использованием исследова
тельских ядерных реакторов и делящегося материала;

− при использовании радиоизотопов в промышленности, меди
цине, науке;

− при подземных ядерных взрывах.

Система обращения с твердыми и жидкими РАО в местах их образования определяется проектом для каждой организации, планирующей работы с открытыми источниками излучения, и включает их сбор, сортировку, упаковку, временное хранение, кондиционирование (концентрирование, отверждение, прессование, сжигание), транспортирование, длительное хранение и захоронение.

Для сбора радиоактивных отходов в организации должны быть специальные сборники. Места расположения сборников должны обеспечиваться защитными приспособлениями для снижения излучения за их пределами до допустимого уровня.

Для временного хранения РАО, создающих у поверхности дозу гамма-излучения более 2 мГр/ч, должны использоваться специальные защитные колодцы или ниши.

Жидкие радиоактивные отходы собираются в специальные емкости, после чего направляются на захоронение. Запрещается сброс жидких РАО в хозяйственно-бытовую и ливневую канализацию, водоемы, колодцы, скважины, на поля орошения, поля фильтрации и на поверхность Земли.

При ядерных реакциях, происходящих в активной зоне реактора, выделяются радиоактивные газы: ксенон-133 (Т физ. = 5 сут.), криптон-85 (Т физ. = 10 лет), радон-222 (Т физ. = 3,8 сут.) и другие. Эти газы поступают в фильтр-адсорбер, где теряют свою активность и только после этого выбрасываются в атмосферу. В окружающую среду поступает также некоторое количество углерода-14 и трития.

Другой источник родионуклидов, попадающих в окружающую среду от функционирующих АЭС, – дебалансная и техническая вода. ТВЭЛ-ы, находящиеся в активной зоне реактора, часто деформируются и продукты деления попадают в теплоноситель. Дополнительным источником радиации в теплоносителе являются радионуклиды, образующиеся в результате облучения материалов реактора нейтронами. Поэтому периодически вода первого контура обновляется и очищается от радионуклидов.

Чтобы не произошло загрязнение окружающей среды, вода всех технологических контуров АЭС включается в систему оборотного водоснабжения (рис. 8).

Тем не менее часть жидких стоков сбрасывают в водоем-охладитель, имеющийся при каждой АЭС. Этот водоем является слабопроточным бассейном (чаще всего это искусственное водохранилище), поэтому сброс в него жидкостей, содержащих даже малое количество радионуклидов, может привести к опасной их концентрации. Сброс жидких радиоактивных отходов в водоемы-охладители категорически запрещен «Санитарными правилами». В них можно направлять только жидкости, в которых концентрация радиоизотопов не превышает допустимые нормы. Кроме того, количество сливаемых в водоем жидкостей ограничивается нормой допустимого сброса. Эта норма устанавливается таким образом, что бы воздействие радионуклидов на водопользователей не превысило дозу 5´10 -5 Зв/год. Объемная активность основных радионуклидов в сбрасываемой воде АЭС Европейской части России, по оценке Ю.А. Егорова (2000), составляет (Бк):

Рис. 8. Структурная схема оборотного водоснабжения АЭС

В процессе самоочищения воды эти радионуклиды опускаются на дно и постепенно захораниваются в донных отложениях, где их концентрация может достигать 60 Бк/кг. Относительное распределение радионуклидов в экосистемах водоемов-охладителей АЭС, по данным Ю.А. Егорова приведено в таблице 27. По мнению этого автора, такие водоемы могут быть использованы в любых народно-хозяйственных и рекреационных целях.

Таблица 27 – Относительное распределение радионуклидов в водоемах-охладителях, %

Компоненты экосистем


Гидробионты: моллюски
нитчатые водоросли
высшие растения

Донные отложения

Наносят ли вред окружающей среде атомные электростанции? Опыт эксплуатации отечественных АЭС показал, что при правильном техническом обслуживании и налаженном мониторинге окружающей среды они практически безопасны. Радиоактивное воздействие на биосферу этих предприятий не превышает 2% от местного радиационного фона. Ландшафтно-геохимические исследования в десятикилометровой зоне Белоярской АЭС показывают, что плотность загрязнения плутонием почв лесных и луговых биоценозов не превышает 160 Бк/м 2 и находится в пределах глобального фона (Павлецкая, 1967). Расчеты показывают, что в радиационном отношении гораздо более опасны тепловые электростанции, поскольку сжигаемые на них уголь, торф и газ содержат природные радионуклиды семейств урана и тория. Средние индивидуальные дозы облучения в районе расположения тепловых электростанций мощностью 1 ГВт/год составляют от 6 до 60 мкЗв/год, а от выбросов АЭС – от 0,004 до 0,13 мкЗв/год. Таким образом АЭС при нормальной их эксплуатации являются экологически более чистыми, чем тепловые электростанции.

Опасность АЭС заключается лишь в аварийных выбросах радионуклидов и последующем распространении их во внешней среде атмосферным, водным, биологическим и механическим путями. В этом случае биосфере наносится ущерб, выводящий из строя огромные территории, которые долгие годы не могут использоваться в хозяйственной деятельности.

Так, в 1986 г. на Чернобыльской АЭС в результате теплового взрыва в окружающую среду было выброшено до 10% ядерного материала,
находящегося в активной зоне реактора.

За все время эксплуатации АЭС в мире официально зафиксировано около 150 аварийных случаев выбросов радионуклидов в биосферу. Это внушительная цифра, показывающая, что резерв повышения безопасности атомных реакторов пока весьма велик. Поэтому очень важен мониторинг окружающей среды в районах АЭС, который играет решающую роль в выработке способов локализации радиоактивных загрязнений и их ликвидации. Особая роль здесь принадлежит научным исследованиям в области изучения геохимических барьеров, на которых радиоактивные элементы теряют свою подвижность и начинают концентрироваться.

Радиоактивные отходы, содержащие радионуклиды с периодом полураспада менее 15 суток, собираются отдельно и выдерживаются в местах временного хранения для снижения активности до безопасных уровней, после чего удаляются как обычные промышленные отходы.

Передача РАО из организации на переработку или захоронение должна производиться в специальных контейнерах.

Переработку, долговременное хранение и захоронение РАО производят специализированные организации. В отдельных случаях возможно осуществление в одной организации всех этапов обращения с РАО, если это предусмотрено проектом или на это выдано специальное разрешение органов государственного надзора.

Эффективная доза облучения населения, обусловленная радиоактивными отходами, включая этапы хранения и захоронения, не должна превышать 10 мкЗв/год.

Наибольший объем РАО поставляют атомные электростанции. Жидкие РАО АЭС – это кубовые остатки выпарных аппаратов, пульпы механических и ионообменных фильтров очистки контурной воды. На АЭС они хранятся в бетонных емкостях, облицованных нержавеющей сталью. Затем они подвергаются отверждению и захораниваются по специальной технологии. К твердым отходам АЭС относятся вышедшее из строя оборудование и его детали, а также израсходованные материалы. Как правило, они имеют низкую активность и утилизируются на АЭС. Отходы со средней и высокой активностью отправляют на захоронение в специальные подземные хранилища.

Хранилища радиоактивных отходов размещаются глубоко под землей (не менее 300 м), причем, за ними устанавливается постоянное наблюдение, так как радионуклиды выделяют большое количество тепла. Подземные хранилища РАО должны быть долговременными, рассчитанными на сотни и тысячи лет. Они размещаются в сейсмически спокойных районах, в однородных скальных массивах лишенных трещин. Наиболее подходящими для этого являются гранитные геологические комплексы горных массивов, прилегающих к побережью океана. В них удобнее всего сооружать подземные туннели для РАО (Кедровский, Чесноков, 2000). Надежные хранилища РАО могут размещаться в многолетнемерзлых породах. Одно из них планируется создать на Новой Земле.

Для облегчения захоронения и надежности последнего жидкие высокоактивные РАО превращают в твердые инертные вещества. В настоящее время основными методами переработки жидких РАО являются цементирование и остеклование с последующим заключением в стальные контейнеры, которые хранятся под землей на глубине нескольких сотен метров.

Исследователи Московского объединения «Радон» предложили методику обращения жидких РАО в стойкую алюмосиликатную керамику при температуре 900°С с использованием карбамида (мочевины), солей фтора и природных алюмосиликатов (Лащенова, Лифанов, Соловьев, 1999).

Однако при всей своей прогрессивности перечисленные приемы имеют существенный недостаток – объемы радиоактивных отходов при этом не сокращаются. Поэтому ученые находятся в постоянном поиске других методов захоронения жидких РАО. Один из таких методов – селективная сорбция радионуклидов. В качестве сорбентов исследователи предлагают использовать природные цеолиты, с помощью которых может быть достигнута очистка жидкостей от радиоизотопов цезия, кобальта и марганца до безопасных концентраций. При этом объем радиоактивного продукта сокращается в десятки раз (Савкин, Дмитриев, Лифанов и др., 1999). Ю.В. Островский, Г.М. Зубарев, А.А. Шпак и другие новосибирские ученые (1999) предложили гальванохимическую
обработку жидких радиоактивных отходов.

Перспективный метод захоронения высокоактивных отходов – удаление их в космос. Метод предложен академиком А.П. Капицей в 1959 году. Сейчас ведутся интенсивные исследования в этой области.

Радиоактивные отходы в большом количестве производят атомные электростанции, исследовательские реакторы и военная сфера (ядерные реакторы кораблей и подводных лодок).

Согласно оценке МАГАТЭ к концу 2000 года из ядерных реакторов выгружено 200 тыс. тонн облученного топлива.

Предполагается, что основная часть его будет удаляться без переработки (Канада, Финляндия, Испания, Швеция, США), другая часть будет перерабатываться (Аргентина, Бельгия, Китай, Франция, Италия, Россия, Швейцария, Англия, Германия).

Бельгия, Франция, Япония, Швейцария, Англия хоронят блоки с радиоактивными отходами, заключенными в боросиликатное стекло.

Захоронение на дне морей и океанов . Захоронения радиоактивных отходов в морях и океанах практиковалось многими странами. Первыми это сделали США в 1946 году, затем Великобритания - в 1949 году, Япония - в 1955 году, Нидерланды - в 1965 году. Первый морской могильник жидких радиоактивных отходов появился в СССР не позднее 1964 года.

В морских захоронениях Северной Атлантики, где, по данным МАГАТЭ, с 1946 по 1982 годы 12 стран мира затопили радиоактивные отходы суммарной активностью более МКи (одного мегаКюри). Регионы земного шара по величине суммарной активности ныне распределяются следующим образом:

а) Северная Атлантика - примерно 430 кКи;

б) моря Дальнего Востока - около 529 кКи;

в) Арктика - не превышает 700 кКи.

Со времени первого затопления высокоактивных отходов в Карском море прошло 25-30 лет. За эти годы активность реакторов и отработавшего топлива естественным путем снизилась во много раз. На сегодня в северных морях суммарная активность РАО составляет 115 кКи.

При этом надо полагать, что морскими захоронениями радиоактивных отходов занимались грамотные люди - профессионалы в своей области. РАО затапливались во впадинах бухт, где течениями и подводковыми водами не затрагиваются эти глубинные слои. Потому РАО там «сидят» и никуда не распространяются, а только поглощаются специальными осадками.

Надо также учесть, что радиоактивные отходы с наибольшей активностью законсервированы твердеющими смесями. Но даже если радионуклиды попадут в морскую воду - они сорбируются данными осадками в непосредственной близости от объекта затопления. Это было подтверждено прямыми измерениями радиационной обстановки.

Наиболее часто обсуждаемой возможностью для захоронений РАО является использование захоронений в глубоком бассейне, где средняя глубина составляет не менее 5 км. Глубоководное скалистое дно океана покрыто слоем отложений, и неглубокое погребение под десятками метров отложений может быть получено простым сбрасыванием контейнера за борт. Глубокое погребение под сотнями метров отложений потребует бурения и закладки отходов. Отложения насыщены морской водой, которая через десятки или сотни лет может разъесть (в результате коррозии) канистры с топливными элементами из использованного топлива. Однако предполагается, что сами отложения адсорбируют выщелоченные продукты деления, препятствуя их проникновению в океан. Расчеты последствия крайнего случая разрушения оболочки контейнера сразу после попадания в слой отложений показали, что диспергирование топливного элемента, содержащего продукты деления, под слоем отложений случится не ранее чем через 100-200 лет. К тому времени уровень радиоактивности упадет на несколько порядков.

Окончательное захоронение в соляных отложениях . Соляные отложения являются привлекательными местами для долговременных захоронений радиоактивных отходов. Тот факт, что соль находится в твердой форме в геологическом слое, свидетельствует об отсутствии циркуляции грунтовых вод с момента его образования несколько сот миллионов лет тому назад. Таким образом, топливо, помещенное в таком отложении, не будет подвергаться выщелачиванию грунтовыми
водами. Соляные отложения такого типа встречаются очень часто.

Геологическое захоронение. Геологическое захоронение подразумевает размещение контейнеров, содержащих отработанные топливные элементы, в стабильном пласте, обычно на глубине 1 км. Можно допустить, что такие породы содержат воду, так как глубина их залегания значительно ниже зеркала грунтовых вод. Однако ожидается, что вода не будет играть большой роли при теплопередаче от контейнеров, поэтому хранилище должно быть спроектировано с учетом возможности поддержания температуры поверхности канистр не более чем 100°С или около того. Тем не менее присутствие грунтовых вод означает, что материал, выщелоченный из хранящихся блоков, может проникнуть через пласт с водой. Это является важным вопросом при проектировании таких систем. Циркуляция воды сквозь породу как результат разности плотностей, вызванный температурным градиентом, в течение длительного времени важна для определения миграции продуктов деления. Этот процесс очень медленный, и поэтому не ожидается, что от него будут серьезные неприятности. Однако для систем долговременного захоронения он должен быть обязательно принят во внимание.

Выбор между различными методами захоронений будет определяться доступностью удобных мест, потребуется еще много биологических и океанографических данных. Тем не менее, исследования во многих странах показывают, что использованное топливо можно обрабатывать и производить захоронение без чрезмерного риска для человека и окружающей среды.

В последнее время всерьез обсуждается возможность забрасывать контейнеры с долгоживущими изотопами с помощью ракет на невидимую обратную сторону Луны. Вот только как обеспечить стопроцентную гарантию, что все запуски будут успешными, ни одна из ракет-носителей не взорвется в земной атмосфере и не засыплет ее смертоносным пеплом? Что бы ни говорили ракетчики, риск очень велик. Да и вообще мы не знаем, для чего понадобится обратная сторона Луны нашим потомкам. Было бы крайне легкомысленно превратить ее в убийственную радиационную свалку.

Захоронение плутония. Осенью 1996 года в г. Москве проходил Международный научный семинар по плутонию. Это чрезвычайно токсичное вещество получается в результате работы атомного реактора и раньше использовалось для производства ядерных боеприпасов. Но за годы использования ядерной энергии плутония на Земле скопились уже тысячи тонн, ни одной стране для производства оружия столько не нужно. Вот и встал вопрос, что с ним делать дальше?

Оставить просто так где-нибудь в хранилище - весьма дорогое удовольствие.

Как известно, плутоний в природе не встречается, его получают искусственно из урана-238 при облучении последнего нейтронами в атомном реакторе:

92 U 238 + 0 n 1 -> -1 e 0 + 93 Pu 239 .

У плутония обнаружено 14 изотопов с массовыми числами от 232 до 246; наиболее распространен изотоп 239 Pu.

Плутоний, выделяемый из отработанного топлива АЭС, содержит смесь высокоактивных изотопов. Под действием тепловых нейтронов делятся только Pu-239 и Pu-241, а быстрые нейтроны вызывают деление всех изотопов.

Период полураспада 239 Pu равен 24000 годам, 241 Pu – 75 лет, при этом образуется изотоп 241 Am с сильным гамма-излучением. Ядовитость такова, что тысячная доля грамма вызывает летальный исход.

Академик Ю. Трутнев предложил хранить плутоний в подземных хранилищах, сооружаемых с помощью ядерных взрывов. Радиоактивные отходы вместе с горными породами остекловываются и не распространяются в окружающую среду.

Перспективным считается положение, что отработанное ядерное топливо (ОЯТ) – ценнейшее средство для атомной промышленности, подлежащее переработке и использованию по замкнутому циклу: уран – реактор – плутоний – переработка – реактор (Англия, Россия, Франция).

В 2000 году на российских АЭС скопилось около 74000 м 3 жидких РАО суммарной активностью 0,22´10 5 Ки, около 93500 м 3 твердых РАО активностью 0,77´10 3 Ки и около 9000 т отработавшего ядерного топлива активностью свыше 4´10 9 Ки. На многих АЭС хранилища РАО заполнены на 75% и оставшегося объема хватит лишь на 5-7 лет.

Ни одна АЭС не оснащена оборудованием для кондиционирования образующихся РАО. По мнению специалистов Минатома России реально в ближайшие 30-50 лет РАО будут храниться на территории АЭС, поэтому возникает необходимость создания там специальных долговременных хранилищ, приспособленных для последующего извлечения из них РАО для транспортирования их к месту окончательного захоронения.

Жидкие РАО Военно-морского флота хранятся в береговых и плавучих емкостях в регионах, где базируются корабли с атомными двигателями. Годовое поступление таких РАО около 1300 м 3 . Они перерабатываются двумя техническими транспортными судами (один на Северном, другой на Тихоокеанском флотах).

Кроме того, в связи с интенсификацией применения ионизирующего излучения в хозяйственной деятельности человека, с каждым годом возрастает объем отработанных радиоактивных источников, поступающих с предприятий и учреждений, использующих в своей работе радиоизотопы. Большая часть таких предприятий находится в Москве (около 1000), областных и республиканских центрах.

Эта категория РАО утилизируется через централизованную систему территориальных спецкомбинатов «Радон» Российской Федерации, которые осуществляют прием, транспортировку, переработку и захоронение отработанных источников ионизирующего излучения. В ведении Департамента жилищно-коммунального хозяйства Минстроя РФ находятся 16 спецкомбинатов «Радон»: Ленинградский, Нижегородский, Самарский, Саратовский, Волгоградский, Ростовский, Казанский, Башкирский, Челябинский, Екатеринбургский, Новосибирский, Иркутский, Хабаровский, Приморский, Мурманский, Красноярский. Семнадцатый спецкомбинат, Московский (расположен возле г. Сергиев Посад), подчиняется Правительству г. Москвы.

Каждое предприятие «Радон» имеет специально оборудованные пункты захоронения радиоактивных отходов (ПЗРО).

Для захоронения отработавших источников ионизирующего излучения используются инженерные приповерхностные хранилища колодезного типа. В каждом предприятии «Радон» налажена нормальная
эксплуатация хранилищ, учет захороненных отходов, постоянный радиационный контроль и мониторинг за радиоэкологическим состоянием окружающей среды. На основе результатов контроля радиоэкологической обстановки в районе размещения ПЗРО периодически составляется радиоэкологический паспорт предприятия, который утверждается контрольно-надзорными органами.

Спецкомбинаты «Радон» спроектированы в 70-х годах XX века в соответствии с требованиями устаревших ныне норм радиационной безопасности.