Проблема радиоактивных отходов. В чём опасность радиоактивных отходов Какие материалы относятся к радиоактивным отходам

Захоронение радиоактивных отходов, необходимо для предотвращения влияния вредных химических элементов и радиоактивных изотопов на окружающую среду, экологию, а, главное, на здоровье человека.

Ежегодно уровень образования увеличивается, а утилизация и переработка по-прежнему не захватывает всё количество поступающих отходов. Рециркуляция и переработка для вторичного использования происходят слишком медленно, в то время как утилизация радиоактивных отходов требует более активных действий.

Источники загрязнения радиоактивными отходами окружающей среды

Источником радиоактивных или может быть любое предприятие, использующее или обрабатывающее радиоактивные изотопы. Также это могут быть организации производящие материалы ЕВРМ, производство которых дает радиоактивные отходы. Это промышленность ядерного или медицинского сектора, использующие или генерирующие радиационные материалы для изготовления своей продукции.

Такие отходы могут образовываться в разных формах, а, главное, принимать разные физические и химические характеристики. Такие как концентрация и период полураспада основного элемента, составляющего радионуклиды. Они могут образовываться:

При переработке сцинтилляционных счетчиков, раствор, которого переходит в жидкую форму.
При переработке использованного топлива.
Во время работы вентиляционных систем также могут происходить выбросы радиоактивных материалов в газ подобных формах, на различных предприятиях,имеющих, дело с подобными веществами.
Медицинские принадлежности, расходные материалы, лабораторная посуда, радиофармацевтических организаций, стеклотара, использованная при работе с топливом для АЭС все это также можно считать источником заражения.
Природные источники радиации, известные как ПИР также могут излучать радиоактивное заражение. Основная часть подобных веществ это нуклиды (бета-излучатели), калий – 40, рубидий – 87, торий – 232, а также уран – 238 и их продукты распада, испускающие альфа-частицы.

Санэпиднадзор выпустил список регламент санитарных правил, для работы с подобными веществами.

Небольшая часть радионуклидов содержится даже в обычном угле, но она настолько мало что даже средняя концентрация в земной поверхности таких элементов превышает их долю. А вот угольная зола по радиоактивности уже равна черному глинистому сланцу, так как радионуклиды не горят. Во время использования угля в топках лишь освобождаются радиоактивные элементы и с зольной пылью попадают в атмосферу. Далее, с воздухом человек ежегодно вдыхает ядовитые химические элементы, попавшие туда во время работы каких-либо электростанций, использующих уголь. Совокупность таких выбросов, в России, равна примерно 1000 тонн урана.

Отработанные элементы газовой и нефтяной продукции также могут содержать такой элемент, как радий, распад такого продукта может зависеть от сульфатных отложений в нефтяных скважинах. А также радон, который может быть составляющим воды, газа или нефти. Распад радона образовывает твердые радиоизотопы, как правило, на стенках трубопровода он образовывается осадком.

Участки производства пропана, на нефтеперерабатывающих предприятиях считают самыми опасными радиоактивными зонами, поскольку радон и пропан имеют одинаковый уровень температуры кипения. Испарения, попадая в воздух осадком, опускаются на землю и заражают все территорию.

Утилизация радиоактивных отходов такого вида практически невозможна, так как микроскопические частицы присутствуют в воздухе всех городах страны.

Медицинские РАО также обладают источниками бета и гамма лучей, их разделяют на два класса. Ядерная диагностическая медицина использует короткоживущий гамма излучатель (технеций – 99-м). Его большая часть распадается за довольно короткий промежуток времени, после чего он не имеет никакого влияния на окружающую среду и утилизируется с обычным мусором.

Классификация радиоактивных отходов и их элементов

Существует три группы, на которые делят радиоактивные отходы, это:

низко активные;
средне активные;
высоко активные.

Первые также делят еще и на четыре класса:

GТСС.

Последний, из которых самый опасный.

Также существует класс трансурановых РАО, к нему относят альфа-отходы, излучающие трансурановые радионуклиды, у которых период полураспада превышает 20 лет. А концентрация более 100 нКи/г. В связи с тем, что период распада у них намного больше, чем у обычных урановых отходов, захоронение производится более тщательно.

Методы захоронения или утилизации радиоактивных отходов

Даже для безопасной перевозки и хранения такие отходы необходимо обработать и кондиционировать, для их дальнейшей трансформации в более подходящие формы. Защита человека и природной среды, самые актуальные вопросы. Захоронение радиоактивных отходов, не должно приносить какой-либо урон экологии и фауне в целом.

Существует несколько видов борьбы с ядерными веществами, выбор которого завит от уровня опасности последнего.

Остекловывание.

Высокий уровень активности (HLW) вынуждает применять остекловывание как метод захоронения, для того, чтобы придать веществу твердую форму, которая останется в таком устойчивом виде на тысячи лет. При захоронении радиоактивных отходов в России, используют боросиликатное стекло, его стабильная форма, позволит сохранить любой элемент внутри такой матрицы на многие тысячелетия.

Сжигание.

Утилизация радиоактивных отходов с использованием данной технологии полной быть не может. Ее используют, как правило, для частичного уменьшения объема материалов несущих в себе угрозу экологии. При таком методе появляется беспокойство за атмосферу, ведь несгоревшие частицы нуклидов попадают в воздух. Но, тем не менее ее используют для уничтожения таких видов зараженных материалов, как:

дерево;
макулатура;
одежда;
резина;

Выбросы в атмосферу не превышают установленных норм, так как подобные печи спроектированы и разработаны по самым высоким меркам, современного технологического процесса.

Уплотнение.

Это довольно известная и надежная технология, позволяющая уменьшить объем (применяется для переработки ТБО и других крупногабаритных изделий) отходов низкого уровня опасности. Диапазон установок для прессов подобных действий достаточно велик и может колебаться от 5 т. до 1000 т. (суперуплотнитель). Коэффициент уплотнения в таком случае может быть равен 10 и выше, в зависимости от обрабатываемого материала. В подобной технологии используют гидравлические или пневматические пресса с низкой силой давления.

Цементирование.

Цементирование могильников радиоактивных отходов в России один из самых распространённых видов иммобилизации радиоактивных веществ. Используется специальный жидкий раствор, в состав которого входит множество химических элементов, на их прочность практически не влияют природные условия, а значит, срок их эксплуатации почти неограничен.

Технология здесь заключается в том, чтобы поместить зараженный предмет или радиационные элементы в контейнер, затем залить его заранее приготовленным раствором, дать время застыть и переместить храниться на закрытую территорию.

Эта технология подходит для отходов среднего уровня опасности.

Давно бытует мнение, что в скором времени захоронение радиоактивных отходов можно будет производить на Солнце, как сообщают СМИ, в России уже разрабатывают такой проект. Но пока это лишь в планах, нужно заботиться об окружающей среде и экологии родного края.

Закон об использование атомной энергетики гласит о том, что радиоактивные отходы - это вещества, материалы, приборы и прочее оборудование, содержащие радионуклиды повышенного уровня и утратившие свои потребительские свойства, а также непригодные для повторного использования.

При каких обстоятельствах, образуются отходы, содержащие радиоактивные элементы

Радиоактивные отходы содержатся в ядерном топливе, они образуются во время эксплуатации атомных электростанций, это один из основных источников. Также их можно получить в результате:

добычи радиоактивной руды;
переработки руды;
производства элементов тепловыделения;
утилизации отработанного ядерного топлива.

Во время разработки вооружёнными силами России ядерного оружия, также были образованы радиоактивные отходы, такие действия, как, производство, консервация и ликвидация использовавших этот материал объектов не реабилитировали предыдущие работы с этим материалом. В результате чего на территории страны находится немало отходов, образовавшихся в процессе производства ядерных материалов.

Военный флот, подводные лодки, а также гражданские корабли, использующие ядерные реакторы, тоже оставляют радиоактивные отходы во время своей эксплуатации и даже после их выхода из строя.

Работа с радиоактивными отходами в России связана с такими отраслями:

В народном хозяйстве, используя изотопную продукцию.
В лечебных или фармацевтических учреждениях и лабораториях.
Химическая, металлургическая и прочие промышленные отрасли, работающие в сфере обработки.
Проведение научных опытов и исследований, используя ядерное топливо или подобные элементы.
Даже службы безопасности, в частности, таможенный контроль.
Добыча нефти или газа, также требует использовать ядерные вещества, оставляющие после себя, радиоактивные отходы.

Важно знать. Отработанное ядерное топливо, не подпадёт, под категорию радиоактивные отходы, согласно российскому законодательству.

Разделение на виды

Постановление от Правительства РФ, внесло коррективы, по которым радиоактивные отходы могут быть:

твёрдого;
жидкого;
газ подобного;

видов. Классификация радиоактивных отходов, относит к твёрдым, жидким и газ подобным все элементы и вещества, содержащие радионуклиды. Исключение, возможно, лишь в том случае, если образование не связано с атомной энергетикой, и содержание радионуклидов обусловлено добычей или переработкой природных минералов и органического сырья с повышенным уровнем радионуклидов или вблизи его природного источника. Концентрация, которого в пределах допустимых норм, установленных постановлением российского Правительства, не превышает 1.

РАО, принадлежащие к виду «твёрдых», содержат техногенные радионуклиды, из которых исключают такие источники, как закрытые предприятия, работающие с подобными веществами. Их делят на четыре категории:

высокоактивные;
средне неактивные;
низко активные;
очень низко активные.

РАО, прибывающие, в «жидком» состояние делят всего на три категории:

высокоактивные;
средне активные;
низко активные.

Закрытые, отработавшие предприятия и заводы, работавшие с радионуклидами, относятся к другим категориям РАО.

Классификация РАО

Существует Федеральный закон, в целях которого, классификация радиоактивных отходов разделяет их на такие виды:

Удаляемые – это вещества, для которых риск, связанный с их воздействием на окружающую среду не возрастает. И в случае их извлечения с места хранения для последующего захоронения, не превышает риск их пребывания на территории их нахождения. Данный вид требует довольно больших финансовых затрат, для выполнения всех манипуляций с ним и подготовки специального оборудования и обучения персонала утилизирующих организаций.
Особые – РАО, этот вид подвергает очень большой опасности окружающую среду, в случае их извлечения, транспортировки и дальнейших действий, для очищения территории или захоронении в другом месте. Манипуляции с таким видом также очень затратные с финансовой стороны. В случаях с подобным видом более безопасно и выгодно с экономической стороны проводить процесс захоронения в месте их первичного расположения.

Классификация радиоактивных отходов проходит в зависимости от таких признаков:

Период полураспада радионуклидов – короткоживущие или долгоживущие.
Удельная активность – высокоактивная, средне активная и низко активная РАО.
Агрегатное состояние – может быть жидким, твёрдым и газо подобным.
Содержание ядерных элементов, присутствует или отсутствует в отработанном материале.
Отработавшие, закрытые предприятия по добычи или переработке урановых пород, которые излучают ионизирующие лучи.
РАО, не связанные с использованием или работой над атомной энергетикой. Источниками, которых являются перерабатывающие предприятия по добычи органических и минеральных сырьевых руд, с повышенным уровнем содержания радионуклидов природного происхождения.

Классификация РАО разработана Правительством Российской Федерации, для разделения их на виды. А также дальнейшего удаления или захоронения на месте их нахождения.

Система классификации

В данное время, система классификации разработана не досконально и требует постоянных доработок, это определяется отсутствием согласованности национальных систем.

Основа классификации содержит учёт вариантов, последующего захоронения РАО. Основным признаком чего, служит длительность периода распада нуклида, потому, что технология захоронения напрямую зависит от этого показателя. Они захороняются специальными укрепляющими растворами как минимум на тот период, который они могут быть опасны для окружающей среды. Согласно этим данным, система классификации делит все отработанные и опасные вещества на следующие категории.

Освобождённые от контроля

Низко активные и средне активные РАО

Они содержат в себе достаточный уровень радионуклидов, чтобы нести угрозу персоналу, работающему с ними и населению, проживающему в ближайшей округе. Порой они имеют настолько высокий уровень активности, что требуют охлаждения и применения мер по защите от них. Это категория содержит в себе две группы: долгоживущие и коротко живущие виды. Способы их захоронения очень разнообразны и индивидуальны.

Этот тип имеет такое количество радионуклидов, что требует постоянного охлаждения в процессе работы с ним. По окончании, каких-либо действий, он требует надёжной изоляции от биосферы, иначе процесс заражения захватит всю округу, территории на которой он находится.

Типичные характеристики

Класс отходов, освобождённый от контроля (CW), имеет уровень активности, равный 0,01 мЗв или ниже с учётом годовой дозы для населения. Не имеет ограничений, по радиологическому захоронению.

Средне и низко активные (LILW) характеризуются уровнем активности выше величины для CW, но при этом тепловыделение у этого класса ниже 2Вт/м3.

Класс коротко живущий (LILW-SL) – имеет такие типичные характеристики. Долго живучесть радионуклидов имеет ограниченную концентрацию (менее 400 Бк/г на все упаковки). Местами захоронения таких классов являются глубинные или приповерхностные хранилища.

Долгоживущие отходы (LILW-LL) – концентрация у которых выше, чем у короткоживущих. Захоронятся такие классы, должны лишь в глубинных хранилищах. Это одно из главных требований, по отношению к ним.

Класс высокоактивных (HLW) – характеризуются очень высокой концентрацией долгоживущих радионуклидов, тепловая отдача у них более 2Вт/м3. Местами их захоронения также должны быть глубинные хранилища.

Правила обращения с РАО

Радиоактивные отходы требуют классификации не только ради их разделения по уровню опасности и возможности выбирать методы утилизации, но ещё и для определения указаний, по методам обращения с ними, в зависимости от их класса. Они должны отвечать следующим показателям:

Принципы обеспечения защиты здоровья человека, или хотя бы приемлемого уровня защиты, в зависимости от радиационного излучения элементами РАО.
Охраной окружающей среды – приемлемым уровнем защищенности экологии от воздействия РАО.
Взаимозависимость между всеми стадиями образования РАО, а также обращения с их элементами.
Защита будущего поколения, методом прогнозирования уровня облучения, и нормированием количества захороненного материала на каждом могильнике, основываясь на информации нормативных документов.
Не возлагать слишком больших надежд на будущее поколение, связанных с необходимостью утилизировать радиоактивные отходы.
Контролировать образование и накопление РАО, ограничивать их скопление и минимизировать достигнутый уровень.
Предотвращать аварии, или ослаблять возможные последствия, в случае возникновения таких ситуаций.

Радиоактивные отходы – самый опасный вид мусора на земле, требующей очень внимательного и осторожного обращения. Приносящий самый большой урон экологии, населению и всем живим существам, на территории его основания.

Узнайте все про радиоактивные отходы

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).

Радиоактивные отходы

Радиоактивные отходы (РАО ) - отходы, содержащие радиоактивные изотопы химических элементов и не имеющие практической ценности.

Согласно российскому «Закону об использовании атомной энергии» (от 21 ноября 1995 года № 170-ФЗ) радиоактивные отходы (РАО) - это ядерные материалы и радиоактивные вещества, дальнейшее использование которых не предусматривается. По российскому законодательству, ввоз радиоактивных отходов в страну запрещен.

Часто путают и считают синонимами радиоактивные отходы и отработавшее ядерное топливо . Следует различать эти понятия. Радиоактивные отходы, это материалы, использование которых не предусматривается. Отработавшее ядерное топливо представляет собой тепловыделяющие элементы, содержащие остатки ядерного топлива и множество продуктов деления, в основном 137 Cs и 90 Sr , широко применяемые в промышленности, сельском хозяйстве, медицине и научной деятельности. Поэтому оно является ценным ресурсом, в результате переработки которого получают свежее ядерное топливо и изотопные источники.

Источники появления отходов

Радиоактивные отходы образуются в различных формах с весьма разными физическими и химическими характеристиками, такими, как концентрации и периоды полураспада составляющих их радионуклидов. Эти отходы могут образовываться:

в газообразной форме, как, например, вентиляционные выбросы установок, где обрабатываются радиоактивные материалы;
в жидкой форме, начиная от растворов сцинтилляционных счётчиков из исследовательских установок до жидких высокоактивных отходов, образующихся при переработке отработавшего топлива;
в твёрдой форме (загрязнённые расходные материалы, стеклянная посуда из больниц, медицинских исследовательских установок и радиофармацевтических лабораторий, остеклованные отходы от переработки топлива или отработавшего топлива от АЭС , когда оно считается отходами).

Примеры источников появления радиоактивных отходов в человеческой деятельности:

Работа с такими веществами регламентируются санитарными правилами, выпущенными Санэпиднадзором .

Уголь . Уголь содержит небольшое число радионуклидов, таких как уран или торий, однако содержание этих элементов в угле меньше их средней концентрации в земной коре.

Их концентрация возрастает в зольной пыли, поскольку они практически не горят.

Однако радиоактивность золы также очень мала, она примерно равна радиоактивности чёрного глинистого сланца и меньше, чем у фосфатных пород, но представляет известную опасность, так как некоторое количество зольной пыли остаётся в атмосфере и вдыхается человеком. При этом совокупный объём выбросов достаточно велик и составляет эквивалент 1000 тонн урана в России и 40000 тонн во всём мире.

Классификация

Условно радиоактивные отходы делятся на:

низкоактивные (делятся на четыре класса: A, B, C и GTCC (самый опасный);
среднеактивные (законодательство США не выделяет этот тип РАО в отдельный класс, термин в основном используется в странах Европы);
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 . 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 приведена классификация жидких и твёрдых радиоактивных отходов в соответствии с «Основными санитарными правилами обеспечения радиационной безопасности" (ОСПОРБ 99/2010).

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 активного охлаждения.

Обращение с радиоактивными отходами

Изначально считалось, что достаточной мерой является рассеяние радиоактивных изотопов в окружающей среде , по аналогии с отходами производства в других отраслях промышленности . На предприятии «Маяк» в первые годы работы все радиоактивные отходы сбрасывались в близлежащие водоёмы. Вследствие чего загрязнёнными оказались теченский каскад водоёмов и сама река Теча .

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.

1) Защита здоровья человека . Обращение с радиоактивными отходами осуществляется таким образом, чтобы обеспечить приемлемый уровень защиты здоровья человека.

2) Охрана окружающей среды . Обращение с радиоактивными отходами осуществляется таким образом, чтобы обеспечить приемлемый уровень охраны окружающей среды.

3) Защита за пределами национальных границ . Обращение с радиоактивными отходами осуществляется таким образом, чтобы учитывались возможные последствия для здоровья человека и окружающей среды за пределами национальных границ.

4) Защита будущих поколений . Обращение с радиоактивными отходами осуществляется таким образом, чтобы предсказуемые последствия для здоровья будущих поколений не превышали соответствующие уровни последствий, которые приемлемы в наши дни.

5) Бремя для будущих поколений . Обращение с радиоактивными отходами осуществляется таким образом, чтобы не налагать чрезмерного бремени на будущие поколения.

6) Национальная правовая структура . Обращение с радиоактивными отходами осуществляется в рамках соответствующей национальной правовой структуры, предусматривающей чёткое распределение обязанностей и обеспечение независимых регулирующих функций.

7) Контроль за образованием радиоактивных отходов . Образование радиоактивных отходов удерживается на минимальном практически осуществимом уровне.

8) Взаимозависимости образования радиоактивных отходов и обращения с ними . Надлежащим образом учитываются взаимозависимости между всеми стадиями образования радиоактивных отходов и обращения с ними.

9) Безопасность установок . Безопасность установок для обращения с радиоактивными отходами надлежащим образом обеспечивается на протяжении всего срока их службы.

Основные стадии обращения с радиоактивными отходами

При хранении радиоактивных отходов их следует содержать таким образом, чтобы:
- обеспечивались их изоляция, охрана и мониторинг окружающей среды;
- по возможности облегчались действия на последующих этапах (если они предусмотрены).

В некоторых случаях хранение может осуществляться главным образом 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 отходов является первоначальной стадией обращения с отходами. Она включает сбор, регулирование химического состава и дезактивацию и к ней может относиться период промежуточного хранения. Эта стадия очень важна, так как во многих случаях в ходе предварительной обработки представляется наилучшая возможность для разделения потоков отходов.

Обработка радиоактивных отходов включает операции, цель которых состоит в повышении безопасности или экономичности посредством изменения характеристик радиоактивных отходов. Основные концепции обработки: уменьшение объёма, удаление радионуклидов и изменение состава. Примеры:
- сжигание горючих отходов или уплотнение сухих твёрдых отходов;
- выпаривание , фильтрация или ионный обмен потоков жидких отходов;
- осаждение или флокуляция химических веществ.

Капсула для радиоактивных отходов

Кондиционирование радиоактивных отходов состоит из таких операций, в процессе которых радиоактивным отходам придают форму, приемлемую для перемещения, перевозки, хранения и захоронения. Эти операции могут включать иммобилизацию радиоактивных отходов, помещение отходов в контейнеры и обеспечение дополнительной упаковки. Общепринятые методы иммобилизации включают отверждение жидких радиоактивных отходов низкого и среднего уровней активности путём их включения в цемент (цементирование) или битум (битумирование), а также остекловывание жидких радиоактивных отходов. Иммобилизованные отходы в свою очередь в зависимости от характера и их концентрации могут упаковываться в различные контейнеры, начиная от обычных 200-литровых стальных бочек до имеющих сложную конструкцию контейнеров с толстыми стенками. В многих случаях обработка и кондиционирование проводятся в тесной связи друг с другом.

Захоронение главным образом состоит в том, что радиоактивные отходы помещаются в установку для захоронения при соответствующем обеспечении безопасности без намерения их изъятия и без обеспечения долгосрочного наблюдения за хранилищем и технического обслуживания. Безопасность в основном достигается посредством концентрации и удержания, что предусматривает изоляцию надлежащим образом концентрированных радиоактивных отходов в установке для захоронения.

Технологии

Обращение со среднеактивными РАО

Обычно в ядерной индустрии среднеактивные РАО подвергаются ионному обмену 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 бетон изготовляют из зольной пыли или печного шлака и портландцемента (в отличие от обычного бетона, который состоит из портландцемента, гравия и песка).

Обращение с высокоактивными РАО

Удаление малоактивных РАО

Перевозка опок с высокоактивными РАО на поезде, Великобритания

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.

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 остаётся неизменным в течение многих тысяч лет.

Стекло внутри цилиндра имеет гладкую чёрную поверхность. В Великобритании вся работа проделывается с использованием камер для работы с высокоактивными веществами. Сахар добавляется для предотвращения образования летучего вещества RuO 4 , 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 своё 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 ещё достаточно далеко.

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, посвящёнными захоронению РАО. Швеция говорит о своих планах по прямому захоронению использованного топлива с использованием технологии KBS-3, после того, как шведский парламент счёл её 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 всерьёз 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 всерьёз способны задуматься страны, которые не смогут найти других решений данной проблемы.

В 1990-х годах было разработано и запатентовано несколько вариантов конвейерного 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.

Повторное использование РАО

Ещё 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.

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 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.

Ядерный топливный цикл

Начало цикла

Отходы начального периода ядерного топливного цикла - обычно полученная в результате извлечения урана пустая порода, испускающая альфа-частицы . Она обычно содержит радий и продукты его распада.

Главный побочный продукт обогащения - обеднённый уран, состоящий главным образом из урана-238, с содержанием урана-235 менее 0,3 %. Он находится на хранении в форме UF 6 (отвальный гексафторид урана) и может быть также переведен в форму U 3 O 8 . В небольших количествах обедненный уран находит применение в областях, где ценится его крайне высокая плотность, например при изготовлении килей яхт и противотанковых снарядов. Между тем, в России и за рубежом накопилось несколько миллионов тонн отвального гексафторида урана , планов по дальнейшему использованию которого в обозримой перспективе нет. Отвальный гексафторид урана может использоваться (вместе с повторно используемым плутонием) для создания смешанного оксидного ядерного топлива (которое может иметь спрос при условии строительства в стране в значительных количествах реакторов на быстрых нейтронах) и для разбавления высокообогащенного урана, входящего ранее в состав ядерного оружия . Это разбавление, называемое также обеднением, означает, что любая страна или группировка, получившая в своё распоряжение ядерное топливо, должна будет повторить очень дорогой и сложный процесс обогащения, прежде чем сможет создать оружие.

Окончание цикла

Вещества, в которых подошёл к концу ядерный топливный цикл (в основном это отработавшие топливные стержни), содержат продукты деления, испускающие бета- и гамма-лучи. Они также могут содержать актиноиды , испускающие альфа-частицы, к которым относятся уран-234 (234 U), нептуний-237 (237 Np), плутоний-238 (238 Pu) и америций-241 (241 Am), а иногда даже источники нейтронов, такие как калифорний-252 (252 Cf). Эти изотопы образуются в ядерных реакторах.

Важно различать обработку урана с целью получения топлива и переработку использованного урана. Использованное горючее содержит высокорадиоактивные продукты деления. Многие из них являются поглотителями нейтронов, получив, таким образом, название «нейтронных ядов». В конечном итоге их количество возрастает до такой степени, что, улавливая нейтроны, они останавливают цепную реакцию даже при полном удалении стержней-поглотителей нейтронов .

Достигшее этого состояния топливо необходимо заменить свежим, несмотря на по-прежнему достаточное количество урана-235 и плутония. В настоящее время в США использованное топливо отправляется на хранение. В других странах (в частности, в России, Великобритании, Франции и Японии), это топливо перерабатывается с целью удаления продуктов деления, затем после дообогащения возможно его повторное использование. В России такое топливо называется регенерированным. Процесс переработки включает работу с высокорадиоактивными веществами, а удалённые из топлива продукты деления - это концентрированная форма высокоактивных РАО, так же, как используемые в переработке химикаты.

Для замыкания ядерного топливного цикла предполагается использовать реакторы на быстрых нейтронах , который позволяет перерабатывать топливо, являющееся отходами работы реакторов на тепловых нейтронах .

К вопросу о распространении ядерного оружия

При работе с ураном и плутонием часто рассматривается возможность их использования при создании ядерного оружия. Активные ядерные реакторы и запасы ядерного оружия тщательно охраняются. Однако, высокоактивные РАО из ядерных реакторов могут содержать плутоний. Он идентичен плутонию, используемому в реакторах, и состоит из 239 Pu (идеально подходящего для создания ядерного оружия) и 240 Pu (нежелательный компонент, крайне радиоактивен); эти два изотопа очень тяжело разделить. Более того, высокоактивные РАО из реакторов полны высокорадиоактивных продуктов деления; впрочем, их большая часть - короткоживущие изотопы . Это означает, что возможно захоронение отходов, и через много лет продукты деления распадутся, уменьшив радиоактивность отходов и облегчив работу с плутонием. Более того, нежелательный изотоп 240 Pu распадается быстрее, чем 239 Pu, таким образом, качество сырья для создания оружия со временем растет (несмотря на уменьшение количества). Это вызывает споры о том, что с течением времени хранилища отходов могут превратиться в своеобразные «рудники плутония», из которых относительно легко можно будет добыть сырье для оружия. Против этих предположений говорит тот факт, что период полураспада 240 Pu составляет 6560 лет, а период полураспада 239 Pu - 24110 лет, таким образом, сравнительное обогащение одного изотопа относительно другого произойдет только через 9000 лет (это означает, что в течение этого времени доля 240 Pu в веществе, состоящем из нескольких изотопов, самостоятельно уменьшится вдвое - типичное превращение реакторного плутония в оружейный плутоний). Следовательно, «рудники оружейного плутония» если и станут проблемой, то только в очень отдаленном будущем.

Одно из решений этой проблемы - повторно использовать переработанный плутоний в качестве топлива, например, в быстрых ядерных реакторах. Однако само существование фабрик по регенерации ядерного топлива, необходимой для отделения плутония от других элементов, создает возможность для распространения ядерного оружия. В пирометаллургических быстрых реакторах получаемые отходы имеют актиноидную структуру, что не позволяет использовать их для создания оружия.

Переработка ядерного оружия

Отходы от переработки ядерного оружия (в отличие от его изготовления, которое требует первичного сырья из реакторного топлива), не содержат источников бета- и гамма-лучей, за исключением трития и америция. В них содержится гораздо большее число актиноидов, испускающих альфа-лучи, таких как плутоний-239, подвергающийся ядерной реакции в бомбах, а также некоторые вещества с большой удельной радиоактивностью, такие как плутоний-238 или полоний .

В прошлом в качестве ядерного заряда в бомбах предлагались бериллий и высокоактивные альфа-излучатели, такие как полоний. Сейчас альтернативой полонию является плутоний-238. По причинам государственной безопасности, подробные конструкции современных бомб не освещаются в литературе, доступной широкому кругу читателей.

Некоторые модели также содержат (РИТЭГ), в которых в качестве долговечного источника электрической мощности для работы электроники бомбы используется плутоний-238.

Возможно, что расщепляющееся вещество старой бомбы, подлежащее замене, будет содержать продукты распада изотопов плутония. К ним относятся альфа-излучающий нептуний-236, образовавшийся из включений плутония-240, а также некоторое количество урана-235, полученного из плутония-239. Количество этих отходов радиоактивного распада ядра бомбы будет очень мало, и в любом случае они гораздо менее опасны (даже в переводе на радиоактивность как таковую), чем сам плутоний-239.

В результате бета-распада плутония-241 образуется америций-241, увеличение количества америция - большая проблема, чем распад плутония-239 и плутония-240, так как америций является гамма-излучателем (возрастает его внешнее воздействие на рабочих) и альфа-излучателем, способным вызвать выделение тепла. Плутоний может быть отделен от америция различными путями, среди которых - пирометрическая обработка и извлечение при помощи водного/органического растворителя. Видоизмененная технология извлечения плутония из облучённого урана (PUREX) - также один из возможных методов разделения.

В массовой культуре

Реально же воздействие радиоактивных отходов описывается воздействием ионизирующего излучения на вещество и зависит от их состава (какие радиоактивные элементы входят в состав). Радиоактивные отходы не приобретают никаких новых свойств, не становятся опаснее от того, что они - отходы. Их бо́льшая опасность обсуловлена только тем, что часто их состав очень разнообразен (как качественно, так и количественно) и иногда неизвестен, что усложняет оценку степени их опасности, в частности, доз, получаемых в результате аварии.

См. также

Примечания

Ссылки

Безопасность при обращении с радиоактивными отходами. Общие положения. НП-058-04
Key Radionuclides and Generation Processes (недоступная ссылка)
Belgian Nuclear Research Centre - Activities (недоступная ссылка)
Belgian Nuclear Research Centre - Scientific Reports (недоступная ссылка)
International Atomic Energy Agency - Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology Program (недоступная ссылка)
(недоступная ссылка)
Nuclear Regulatory Commission - Spent Fuel Heat Generation Calculation (недоступная ссылка)

1) Почему эта проблема считается глобальной.

Радиохимические заводы, атомные электростанции, научные исследовательские центры, производят одни из самых опасных видов отходов - радиоактивные. Данный вид отходов представляет собой не только серьезную экологическую проблему, но и может создать экологическую катастрофу. Радиоактивные отходы могут быть жидкими (большая их часть) и твердыми. Неправильное обращение с радиоактивными отходами может серьезно усугубить экологическую ситуацию. Данный вид загрязнения является глобальным, поскольку захоронение таких отходов осуществляется в гидросфере и в литосфере, а множество радиоактивных изотопов попадают в атмосферу в результате сжигания органического топлива – прежде всего угля.

В настоящее время в 26 странах мира существует более 400 действующих атомных электростанций, причем 211 из них расположены в Европе. В процессе работы атомных реакторов выделяются огромные количества радиоактивных отходов. При этом они не только никому не нужны, но и чрезвычайно вредны и опасны. Высокорадиоактивные отходы будут излучать радиацию в течение еще многих тысяч лет. Но в мире до сих пор не найдено надежного могильника, пригодного для их захоронения.

Радиоактивные отходы – это все радиоактивные или загрязненные (зараженные радиацией) материалы, являющиеся продуктом использования человеком радиоактивности и не находящие дальнейшего применения.

В зависимости от концентрации радиоактивных элементов различают:

а) слаборадиоактивные отходы (с концентрацией радиоактивных элементов менее 0,1 Кюри/м 3),

б) среднерадиоактивные отходы (0,1-1 000 Кюри/м 3) и

в) высокорадиоактивные отходы (более 1 000 Кюри/м 3).

Основную часть этих отходов составляют топливные стержни, необходимые для производства электроэнергии. Сюда же относится загрязненная радиацией рабочая одежда сотрудников атомных электростанций.

Многие отходы будут излучать радиацию в течение еще многих сотен или тысяч лет.

Радиоактивные отходы являются источником радиоактивного заражения, т.е. загрязнения предметов, помещений или окружающей среды ядовитыми и радиоактивными химикатами. Люди, имевшие непосредственный контакт с радиоактивными веществами и материалами, например, при посещении зараженных помещений, также считаются зараженными

Радиоактивные отходы (РАО) - отходы, содержащие радиоактивные изотопы химических элементов и не имеющие практической ценности. Радиоактивные отходы являются детищем ХХ века, который вполне справедливо называют веком атома. В наших домах горят лампочки и работают бытовые приборы, электричество для которых поступает с атомных электростанций. Невозможно себе представить современные больницы без источников радиоактивного излучения, служащих как для диагностики, так и для лечения целого ряда заболеваний. Ну, и наука, как и производство, не обходятся без разнообразных устройств, в которых широко используются радиоактивные элементы. Вот почему проблема утилизации подобных отходов в последние десятилетия стала одной из наиболее злободневных в плане безопасности окружающей среды. Ведь сегодня объемы радиоактивных отходов насчитывают многие тысячи тонн в год. И все они требуют соответствующего обращения с собой.

Как решают проблему радиоактивных отходов? Это зависит от категории, класса подобных отходов - низкоактивные, среднеактивные и высокоактивные. Наиболее простой является утилизация первых двух классов. Стоит отметить, что в зависимости от своего химического состава радиоактивные отходы делятся на короткоживущие (с малым периодом полураспада) и долгоживущие (с большим периодом полураспада). В первом случае самым простым способом будет временное хранение радиоактивных материалов на специальных площадках в герметических контейнерах. После определенного промежутка времени, когда происходит распад опасных веществ, оставшиеся материалы уже не представляют опасности и могут быть утилизированы как обычный мусор. Именно так поступают с большей частью технических и медицинских источников радиоактивного излучения, которые содержат только короткоживущие изотопы с периодом полураспада максимум несколько лет. В качестве контейнеров для временного хранения в этом случае обычно используют стандартные металлические бочки объемом 200 литров. При этом низко- и среднеактивные отходы заливают цементом или битумом для предотвращения их попадания за пределы емкости.

Процедура утилизации отходов атомных электростанций гораздо более сложная и требует повышенного внимания. Поэтому такая процедура производится только на специальных заводах, которых сегодня в мире совсем немного. Здесь при помощи специальных технологий химической обработки производится извлечение большей части радиоактивных веществ для их повторного применения. Наиболее современные способы с использованием ионообменных мембран позволяют вновь использовать до 95 % всех радиоактивных материалов. При этом радиоактивные отходы значительно уменьшаются в объеме. Однако полностью их дезактивировать пока невозможно. Вот почему на следующей стадии утилизации производится подготовка отходов к длительному хранению. Учитывая, что отходы АЭС имеют длительный период полураспада, практически такое хранение можно назвать вечным.

Радиоактивные отходы – самый опасный вид мусора на земле, требующей очень внимательного и осторожного обращения и приносящий самый большой урон экологической обстановке, населению и всем живым существам.

2) Каковы тенденции в её развитии.

Радиоактивность Это явление было открыто в связи с изучением связи люминесценции и рентгена. В конце XIX века в ходе серии экспериментов с соединениями урана французский физик А. Беккерель обнаружил до этого неизвестный вид излучения, проходящий через непрозрачные предметы. Он поделился своим открытием с супругами Кюри, которые занялись его изучением вплотную. Именно всемирно известные Мари и Пьер обнаружили, что свойством естественной радиоактивности обладают все соединения урана, как и он сам в чистом виде, а также торий, полоний и радий. Их вклад был поистине неоценимым.

Уже позднее стало известно, что все химические элементы в том или ином виде радиоактивны, поскольку содержатся в природной среде в виде разнообразных изотопов. Ученые задумались и о том, как можно использовать процесс ядерного распада для получения энергии, и смогли инициировать и воспроизвести его искусственно. А для измерения уровня излучения был изобретен дозиметр радиации.

Применение. Помимо энергетики радиоактивность получила широкое применение и в других отраслях: медицине, промышленности, научных исследованиях и сельском хозяйстве. При помощи этого свойства научились останавливать распространение раковых клеток, ставить более точные диагнозы, узнавать возраст археологических ценностей, следить за преобразованием веществ в различных процессах и т. д. Список возможных применений радиоактивности постоянно расширяется, так что даже удивительно, что вопрос утилизации отработанных материалов стал таким острым лишь в последние десятилетия. А ведь это не просто мусор, который можно легко выбросить на свалку.

Радиоактивные отходы. Все материалы имеют свой срок службы. Это не исключение и для элементов, используемых в атомной энергетике. На выходе получаются отходы, все еще обладающие излучением, но уже не имеющие практической ценности. Как правило, отдельно рассматривается использованное ядерное топливо, которое может быть переработано или применено в других сферах. В данном же случае речь идет просто про радиоактивные отходы (РАО), дальнейшее применение которых не предусматривается, поэтому от них необходимо избавляться.

Варианты. Довольно долгое время считалось, что захоронение радиоактивных отходов не требует специальных правил, было достаточно лишь рассеять их в окружающей среде. Однако позже было обнаружено, что изотопы имеют свойство накапливаться в определенных системах, например, тканях животных. Это открытие изменило мнение по поводу РАО, поскольку в этом случае вероятность их перемещения и попадания в человеческий организм с пищей становилась достаточно высокой. Поэтому было принято решение разработать некоторые варианты того, как нужно поступать с отходами этого типа, особенно это касается категории высокоактивных.

Современные технологии позволяют максимально нейтрализовать опасность, исходящую от РАО, путем их обработки различными способами либо помещения в безопасное для человека пространство. Витрификация. По-другому эта технология называется остеклованием. При этом РАО проходят несколько стадий обработки, в результате которых получается достаточно инертная масса, помещаемая в специальные контейнеры. Далее эти емкости отправляют в хранилище. Синрок . Это еще один метод нейтрализации РАО, разработанный в Австралии. В данном случае в реакции используется специальное сложное соединение. Захоронение . На данном этапе ведется поиск подходящих мест в земной коре, куда можно было бы поместить радиоактивные отходы. Наиболее перспективным представляется проект, согласно которому отработанный материал возвращается в урановые рудники. Трансмутация . Уже разрабатываются реакторы, способные превратить высокоактивные РАО в менее опасные вещества. Одновременно с нейтрализацией отхода они способны вырабатывать энергию, так что технологии этого направления считаются крайне перспективными. Удаление в космическое пространство . Несмотря на привлекательность этой идеи, она имеет массу недостатков. Во-первых, этот способ довольно затратный. Во-вторых, есть риск аварии ракеты-носителя, которая может стать катастрофой. Наконец, засорение космического пространства подобными отходами через некоторое время может обернуться большими проблемами.

Международные проекты. С учетом того, что хранение радиоактивных отходов стало наиболее актуальным после прекращения гонки вооружений, многие страны предпочитают сотрудничать в этом вопросе. К сожалению, единого мнения в данной области достичь пока не удалось, но обсуждение различных программ в ООН продолжается. Наиболее перспективными кажутся проекты построить большое международное хранилище радиоактивных отходов на малозаселенных территориях, как правило, речь идет о России или Австралии. Однако граждане последней активно протестуют против этой инициативы.

На данный момент МАГАТЭ сформулирован 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:

3) Как она проявляется в гидросфере.

Загрязнение окружающей среды чаще всего ассоциируется со сливаемыми в реки сточными водами или со смогом, окутывающим целые города. При этом люди слишком часто забывают о загрязнении океанов и морей, являющихся, пожалуй, важнейшими экосистемами для существования жизни на Земле.

Последствия всё более масштабного загрязнения морей лишь недавно оказались в центре внимания мировой общественности и политики. В сложившихся условиях срочно необходимо попытаться устранить ошибки прошлого и предотвратить загрязнение океанов в будущем.

Изменение состояния гидросферы определяется тремя основными причинами: истощение водных ресурсов из-за влияния человека на биосферу, резкое возрастание потребности в воде и загрязнение водных источников.

Наиболее интенсивному антропогенному воздействию подвергаются, прежде всего, поверхностные воды суши (реки, озера, болота, почвенные и грунтовые воды). Еще три десятилетия тому назад количество источников пресной воды было вполне достаточным для нормального обеспечения населения. Но в связи с бурным ростом промышленного и жилищного строительства воды стало не хватать, а ее качество резко упало. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), около 80% всех инфекционных болезней в мире связано с неудовлетворительным качеством питьевой воды и нарушениями санитарно-гигиенических норм водоснабжения. Загрязнение поверхности водоемов пленками масла, жиров, смазочных материалов препятствует газообмену воды и атмосферы, что снижает насыщенность воды кислородом и отрицательно влияет на состояние фитопланктона и приводит к массовой гибели рыбы и птиц.

Загрязнение воды различными опасными веществами представляет собой серьезную проблему для экологии Земли. Оно приводит к тому, что в ней гибнут живые организмы. Эту воду нельзя пить без особой очистки. Источниками естественного загрязнения являются паводки, сель, размыв берегов, атмосферные осадки. Но больше всего вред водоисточникам наносит человек. В реки, озера, водоемы выбрасываются вредные отходы промышленности, бытовой мусор и фекальные воды, удобрения, навоз, нефтепродукты, тяжелые металлы и многое другое.

Радиоактивное загрязнение гидросферы это превышение естественного уровня радионуклидов в воде. Основными источниками радиоактивного загрязнения Мирового океана являются крупномасштабные аварии (ЧАОС, аварии судов с атомными реакторами), загрязнения от испытаний ядерного оружия, захоронение радиоактивных отходов на дне, загрязнения радиоактивными отходами, которые непосредственно сбрасываются в море.

Отходы от английских и французских атомных заводов загрязнили радиоактивными элементами практически всю Северную Атлантику, особенно Северное, Норвежское, Гренландское, Баренцево и Белое моря. В загрязнение радионуклидами акватории Северного Ледовитого океана некоторый вклад сделан и Россией.

Работа трех подземных атомных реакторов и радиохимического завода по производству плутония, а также остальных производств в Красноярске привела к загрязнению одной из самых крупных рек мира - Енисея (на протяжении 1500 км). Очевидно, что эти радиоактивные продукты попали в Северный Ледовитый океан.

Воды Мирового океана загрязнены наиболее опасными радионуклидами цезия-137, стронция-90, церия-144, иттрия-91, ниобия-95, которые, обладая высокой биоаккумулирующей способностью, переходят по пищевым цепям, и концентрируются в морских организмах высших трофических уровней, создавая опасность, как для гидробионтов, так и для человека.

Различными источниками поступления радионуклидов загрязнены акватории арктических морей, так в 1982 г. максимальные загрязнения цезием-137 фиксировались в западной части Баренцева моря, которые в 6 раз превышали глобальное загрязнение вод Северной Атлантики. За 29-летний период наблюдений (1963-1992 гг.) концентрация стронция-90 в Белом и Баренцевом морях уменьшилась лишь в 3-5 раз.

Значительную опасность вызывают, затопленные в Карском море (около архипелага Новая Земля), 11 тыс. контейнеров с радиоактивными отходами, а также 15 аварийных реакторов с атомных подводных лодок.

Так же 11 марта 2011 года, на северо-востоке Японии произошло землетрясение магнитудой 9,0, получившее впоследствии название "Великого восточного землетрясения". Вслед за подземными толчками на побережье пришла 14-метровая волна цунами, которая затопила четыре из шести реакторов АЭС "Фукусима-1" и вывела из строя систему охлаждения реакторов, что привело к серии взрывов водорода, расплавлению активной зоны, в результате чего в атмосферу и океан попали радиоактивные вещества.

Большая часть радиоактивных веществ выпадает над морями и океанами, туда же радиоактивные вещества попадают с речными водами. В результате содержание радиоактивных веществ в Мировом океане все время растет. Основная их масса сосредоточивается в верхних толщах на глубинах до 200-300 м. Это особенно опасно, так как именно верхние слои Океана отличаются наибольшей биологической продуктивностью. Даже низкие концентрации радиоактивных изотопов наносят большой ущерб воспроизводству рыбы. В водах Тихого океана содержится во много раз больше радиоактивных веществ, чем в водах Атлантики. Это прямое следствие большого числа испытательных ядерных взрывов, проведенных в Тихом океане и в Китае. Однако, несмотря на значительное повышение содержания радиоактивных веществ в воде морей и океанов, их концентрация все еще остается в сотни раз ниже допустимой по международным стандартам для питьевой воды. Но опасность экологических нарушений все равно очень велика, так как значительная часть морских организмов способна аккумулировать радиоактивные изотопы в больших количествах. Так, по сравнению с океанической водой радиоактивность может оказаться в мышцах рыб в 200 раз, в планктоне – в 50 тыс. раз, а в печени рыб – в 300 тыс. раз выше. Поэтому во всех крупных портах рыбоприемки должен осуществляться тщательный радиационный контроль уловов.

Степень накопления радиоактивных изотопов растениями и животными зависит от вида геосистемы. Так, растительность моховых болот, зарослей вереска, альпийских лугов и тундр интенсивно аккумулирует радиоактивные вещества.

4) Каковы экологические последствия.

Радиоактивное загрязнение является чрезвычайно опасным загрязнением атмосферного воздуха и вод Мирового океана. Радионуклиды накапливаются в донных осадках, переходя к вершинам трофических пирамид. Радионуклиды попадают в организмы человека и животных и поражают жизненно важные органы, причем такое влияние сказывается и на потомстве. Источниками радиоактивного загрязнения являются все виды испытаний ядерного оружия, выбросы в результате аварий, утечки на объектах, связанных с производством такого вида топлива и уничтожением его отходов. Количество произведенного в мире ядерного оружия и военных кораблей с атомными реакторами достаточно велико и необъяснимо с точки зрения целесообразности. Ведь перспектива войны с применением ядерного оружия имеет только один результат - гибель человечества и невероятный ущерб для всей биосферы.

Повышенные дозы радиации оказывают влияние на генетический аппарат и биологические структуры организмов человека, растений и животных. Такие дозы могут выделиться в результате аварийных ситуаций на объектах, связанных с использованием атомной энергии, либо в случае ядерных взрывов.

Это предприятия, на которых получают ядерное топливо, АЭС, базы ледокольного и подводного атомных флотов, заводы по производству атомных субмарин, судоремонтные заводы, стоянки выведенных из эксплуатации атомных кораблей. Особую опасность представляют хранилища ядерных отходов и предприятия по их переработке. Высокая стоимость технологии служит ограничением переработки отработанного ядерного топлива. Сегодня в Россию ввозятся ядерные отходы многих государств.

Атомные электростанции в настоящее время входят в ряд традиционных источников получения энергии. Использование атомной энергии в мирных целях, безусловно, имеет свои преимущества, оставаясь при этом объектом потенциального риска не только для регионов, где располагаются АЭС.

В XX в. в России произошли две крупные аварии, которые по своему воздействию на окружающую среду и человека носят катастрофический характер.

1957 г. - военное производственное объединение «Маяк»: утечка радиоактивных отходов, сбрасываемых и хранившихся в «бессточном» озере. Это озеро имело фон 120 млн. кюри. Нанесен ущерб водным источникам, лесным и сельскохозяйственным угодьям.

1986 г. - авария на Чернобыльской атомной станции нанесла огромный ущерб не только району ее расположения. Воздушными массами радиоактивное облако было отнесено на достаточно большое расстояние. Вокруг ЧАЭС на многие километры протянулась запретная зона для проживания людей. Но животные и птицы обитают не только на пораженной территории, но и мигрируют на соседние участки.

2014 г . – авария на японской АЭС «Фукусима-1» имела те же экологические последствия, но радиоактивное облако было отнесено воздушными массами далеко в океан.

После этой трагедии многие страны стали ограничивать работу своих АЭС, отказываться от строительства новых. Это происходит потому, что никто не может гарантировать экологическую безопасность таких объектов. Ежегодно происходит в среднем 45 пожаров, 15 утечек радиоактивных материалов на АЭС.

На планете Земля накопилось такое количество ядерного оружия, что его применение неоднократно могло бы уничтожить все живое на ее поверхности. Ядерными державами проводятся наземные, подземные и подводные испытания атомного оружия. Стала обязательной демонстрация мощи государства посредством производства собственного ядерного оружия. В случае возникновения военного конфликта с применением ядерного

оружия может произойти атомная война, последствия которой будут самыми катастрофическими.

К настоящему времени экстремальные масштабы заражения внешней среды уже привели к следующим последствиям:

1. Уровень заболеваемости лейкемией среди детей в окрестностях комплекса Селлафилд как минимум в 10 раз выше, чем в среднем по Великобритании.

2. Близ Селлафилда пришлось уничтожить всю популяцию голубей, так как они были настолько сильно облучены, что даже их помет требовал специальной утилизации.

3. На всей территории Англии в молочных зубах малолетних детей было выявлено наличие плутония. При этом, чем ближе к Селлафилду, тем выше была его концентрация. Однако плутоний образуется только при регенерации ядерного топлива.

4. В Канаде в морской воде были обнаружены радиоактивные изотопы, которые также образуются только при регенерации.

5. Уровень заболеваемости раком в окрестностях атомного комплекса на мысе Ла-Аг в 3-4 раза выше, чем в среднем по Франции.

6. Пробы сточных вод, взятые организацией Гринпис, даже не были разрешены для ввоза в Швейцарию, так как речь шла о радиоактивных отходах. Против активистов организации было возбуждено уголовное дело в связи с нарушением закона об использовании атомной энергии и предотвращении угрозы радиоактивного заражения, поскольку они практически нелегально пытались ввезти радиоактивные отходы.

Одним словом, на данный момент ситуация складывается таким образом, что грядущим поколениям достанется от нас в наследство целая гора ядерного мусора. Поступление в атмосферу, гидросферу и литосферу радиоактивных отходов при их захоронении и проведении ядерных испытаний ведет к нарушению генетического аппарата человека, растений и животных из-за возникновения мутаций вследствие превышения фоновых значений, переноса и накопления радионуклидов по пищевым цепям, попаданию их в кормовые объекты и пищу человека. Радиоактивные изотопы существенно подрывают генофонд живых существ.