Утилизация ядерных отходов. Что такое ядерные отходы и где они хранятся

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.

Проблема радиоактивных отходов является частным случаем общей проблемы загрязнения окружающей среды отходами человеческой деятельности. Одним из основных источников радиоактивных отходов (РАО) высокого уровня активности является атомная энергетика (отработанное ядерное топливо).

Сотни миллионов тонн радиоактивных отходов, образующихся в результате деятельности атомных электростанций (жидкие и твердые отходы и материалы, содержащие следы урана) накопились в мире за 50 лет использования атомной энергии. При нынешнем уровне производства количество отходов в ближайшие несколько лет может удвоиться. При этом ни одна из 34 стран с атомной энергетикой не знает сегодня решения проблемы отходов. Дело в том, что большая часть отходов сохраняет свою радиоактивность до 240 000 лет и должна быть изолирована от биосферы на это время. Сегодня отходы содержатся во "временных" хранилищах, или захораниваются неглубоко под землей. Во многих местах отходы безответственно сбрасываются на землю, в озера и океаны. Что касается глубокого подземного захоронения - официально признанного в настоящее время способа изоляции отходов, то со временем изменения русла водных потоков, землетрясения и другие геологические факторы нарушат изоляцию захоронения и приведут к заражению воды, почвы и воздуха.

Пока человечество не придумало ничего более разумного, чем простое хранение отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). Дело в том, что когда АЭС с канальными реакторами только строились, планировалось, что использованные топливные сборки будут вывозиться на переработку на специализированный завод. Такой завод предполагалось построить в закрытом городе Красноярске-26. Чувствуя, что бассейны выдержки скоро переполнятся, а именно в бассейны временно помещаются извлекаемые из РБМК использованные кассеты, ЛАЭС решилась на строительство на своей территории хранилища отработанного ядерного топлива (ХОЯТ). В 1983 году выросло огромное здание, вмещающее целых пять бассейнов. Отработанная ядерная сборка представляет собой высокоактивное вещество, несущее смертельную опасность для всего живого. Даже на расстоянии она разит жестким рентгеновским излучением. Но самое главное, в чем и заключается ахиллесова пята атомной энергетики, опасной она будет оставаться еще на протяжении 100 тысяч лет! То есть весь этот период, с трудом поддающийся воображению, ОЯТ нужно будет хранить так, чтобы к нему не имела доступа ни то, что живая, но и неживая природа - ядерная грязь ни при каких условиях не должна попасть в окружающую среду. Заметим, что вся письменная история человечества меньше 10 тысяч лет. Задачи, возникающие при захоронении РАО, беспрецедентны в истории техники: люди никогда не ставили себе таких долговременных целей.

Интересный аспект проблемы состоит в том, что надо не только защищать человека от отходов, но одновременно защищать отходы от человека. За срок, отводимый на их захоронение, сменятся многие социально-экономические формации. Нельзя исключить, что в определенной ситуации РАО могут стать желанным объектом для террористов, мишенями для удара при военном конфликте и т.п. Понятно, что, рассуждая о тысячелетиях, мы не можем полагаться, скажем, на правительственный контроль и охрану -- невозможно предвидеть, какие изменения могут произойти. Может быть, лучше всего сделать отходы физически недоступными для человека, хотя, с другой стороны, это затруднило бы нашим потомкам дальнейшие меры безопасности.

Понятно, что ни одно техническое решение, ни один искусственный материал не может "работать" в течение тысячелетий. Очевидный вывод: изолировать отходы должна сама природная среда. Рассматривались варианты: захоронить РАО в глубоких океанических впадинах, в донных осадках океанов, в полярных шапках; отправлять их в космос; закладывать их в глубокие слои земной коры. В настоящее время общепринято, что оптимальный путь -- захоронение отходов в глубоких геологических формациях.

Понятно, что РАО в твердой форме менее склонны к проникновению в окружающую среду (миграции), чем жидкие РАО. Поэтому предполагается, что жидкие РАО будут вначале переводиться в твердую форму (остекловываться, превращаться в керамику и т.п.). Тем не менее, в России все еще практикуется закачка жидких высокоактивных РАО в глубокие подземные горизонты (Красноярск, Томск, Димитровград).

В настоящее время принята так называемая "многобарьерная" или "глубоко эшелонированная" концепция захоронения. Отходы сперва сдерживаются матрицей (стекло, керамика, топливные таблетки), затем многоцелевым контейнером (используемым для транспортировки и для захоронения), затем сорбирующей (поглощающей) отсыпкой вокруг контейнеров и, наконец, геологической средой.

Сколько стоит вывод из эксплуатации атомной станции? По разным оценкам и для разных станций, эти оценки колеблются от 40 до 100% капитальных затрат на строительство станции. Эти цифры теоретические, поскольку до сих пор станции полностью из эксплуатации не выводились: волна выводов должна начаться после 2010 года, так как срок жизни станций составляет 30-40 лет, а основное строительство их происходило в 70-80-х годах. То, что мы не знаем стоимости вывода реакторов из эксплуатации, означает, что эта "скрытая стоимость" не учитывается в стоимости электроэнергии, производимой атомными станциями. Это одна из причин кажущейся "дешевизны" атомной энергии.

Итак, мы попытаемся захоранивать РАО в глубокие геологические фракции. При этом нам поставлено условие: показать, что наше захоронение будет работать, как мы это планируем, на протяжении 10 тысяч лет. Посмотрим теперь, какие проблемы мы встретим на этом пути.

Первые проблемы встречаются на этапе выбора участков для изучения.

В США, например, ни один штат не хочет, чтобы общегосударственное захоронение размещалось на его территории. Это привело к тому, что усилиями политиков многие потенциально подходящие площади были вычеркнуты из списка, причем не на основании ночного подхода, а вследствие политических игр.

Как это выглядит в России? В настоящее время в России все еще можно изучать площади, не ощущая значительного давления местных властей (если не предлагать при этом размещать захоронение вблизи городов!). Полагаю, что по мере усиления реальной независимости регионов и субъектов Федерации ситуация будет смещаться в сторону ситуации США. Уже сейчас ощущается склонность Минатома переместить свою активность на военные объекты, над которыми практически нет контроля: например, для создания захоронения предполагается архипелаг Новая Земля (российский полигон № 1), хотя по геологическим параметрам это далеко не лучшее место, о чем еще будет речь дальше.

Но предположим, что первый этап позади и площадка выбрана. Надо ее изучить и дать прогноз функционирования захоронения на 10 тысяч лет. Тут появляются новые проблемы.

Неразработанность метода. Геология -- описательная наука. Отдельные разделы геологии занимаются предсказаниями (например, инженерная геология предсказывает поведение грунтов при строительстве и т.п.), но никогда еще перед геологией не ставилась задача предсказать поведение геологических систем на десятки тысяч лет. Из многолетних исследований в разных странах возникли даже сомнения, возможен ли вообще более или менее надежный прогноз на такие сроки.

Представим все же, что нам удалось выработать разумный план изучения площадки. Понятно, что для осуществления этого плана понадобится много лет: например, гора Яка в штате Невада изучается уже более 15 лет, но заключение о пригодности или непригодности этой горы будет сделано не ранее чем через 5 лет. При этом программа захоронения будет испытывать все возрастающее давление.

Давление внешних обстоятельств. В годы холодной войны на отходы не обращали внимания; они накапливались, хранились во временных контейнерах, терялись и т.п. Пример -- военный объект Хэнфорд (аналог нашего "Маяка"), где находится несколько сот гигантских баков с жидкими отходами, причем для многих из них не известно, что находится внутри. Одна проба стоит 1 миллион долларов! Там же, в Хэнфорде, примерно раз в месяц обнаруживаются закопанные и "забытые" бочки или ящики с отходами.

В целом за годы развития ядерных технологий отходов скопилось очень много. Временные хранилища на многих атомных станциях близки к заполнению, а на военных комплексах они часто находятся на грани выхода из строя "по старости" или даже за этой гранью.

Итак, проблема захоронения требует срочного решения. Осознание этой срочности становится все более острым, тем более что 430 энергетических реакторов, сотни исследовательских реакторов, сотни транспортных реакторов атомных подводных лодок, крейсеров и ледоколов продолжают непрерывно накапливать РАО. Но у людей, прижатых к стенке, не обязательно возникают лучшие технические решения, и возрастает вероятность ошибок. Между тем в решениях, связанных с ядерной технологией, ошибки могут очень дорого стоить.

Предположим, наконец, что мы истратили 10-20 миллиардов долларов и 15-20 лет на изучение потенциальной площадки. Пришло время принимать решение. Очевидно, идеальных мест на Земле не существует, и любое место будет иметь с точки зрения захоронения положительные и отрицательные свойства. Очевидно, придется решить, перевешивают ли положительные свойства отрицательные и обеспечивают ли эти положительные свойства достаточную безопасность.

Принятие решений и технологическая сложность проблемы. Проблема захоронения технически чрезвычайно сложна. Поэтому очень важно иметь, во-первых, науку высокого качества, а во-вторых, эффективное взаимодействие (как говорят в Америке, "интерфейс") между наукой и политиками, принимающими решения.

Российская концепция подземной изоляции РАО и отработанного ядерного топлива в многолетнемерзлых породах разработана в Институте промышленной технологии Минатома России (ВНИПИП). Она была одобрена Государственной экологической экспертизой Министерства экологии и природных ресурсов РФ, Минздравом РФ и Госатомнадзором РФ. Научная поддержка концепции проводится кафедрой мерзлотоведения Московского государственного университета. Следует заметить, что эта концепция уникальна. Ни в одной стране мира, насколько мне известно, вопрос о захоронении РАО в мерзлоте не рассматривается.

Основная идея такова. Помещаем тепловыделяющие отходы в мерзлоту и отделяем их от пород непроницаемым инженерным барьером. За счет тепловыделения мерзлота вокруг захоронения начинает подтаивать, но через какое-то время, когда тепловыделение снизится (вследствие распада короткоживущих изотопов), породы снова промерзнут. Поэтому достаточно обеспечить непроницаемость инженерных барьеров на то время, когда мерзлота будет протаивать; после промерзания миграция радионуклидов становится невозможной.

Неопределенность концепции. С этой концепцией связано, по меньшей мере, две серьезных проблемы.

Во-первых, концепция предполагает, что промерзшие породы непроницаемы для радионуклидов. На первый взгляд это кажется разумным: вся вода замерзшая, лед обычно неподвижен и не растворяет радионуклиды. Но если внимательно поработать с литературой, то оказывается, что многие химические элементы довольно активно мигрируют в промерзших породах. Даже при температурах -- 10-12°С в породах присутствует незамерзающая, так называемая пленочная, вода. Что особенно важно, свойства радиоактивных элементов, составляющих РАО, с точки зрения их возможной миграции в мерзлоте совершенно не изучены. Поэтому предположение о непроницаемости мерзлых пород для радионуклидов лишено всяких оснований.

Во-вторых, если даже окажется, что мерзлота действительно хороший изолятор РАО, то невозможно доказать, что сама мерзлота просуществует достаточно долго: напомним, что нормативы предусматривают захоронение на срок в 10 тысяч лет. Известно, что состояние мерзлоты определяется климатом, причем двумя наиболее важными параметрами -- температурой воздуха и количеством атмосферных осадков. Как вы знаете, температура воздуха повышается в связи с глобальным изменением климата. Наивысший темп потепления приходится как раз на средние и высокие широты северного полушария. Ясно, что такое потепление должно привести к протаиванию льда и сокращению мерзлоты. Как показывают расчеты, активное протаивание может начаться уже через 80-100 лет, и темп протаивания может достичь 50 метров в столетие. Таким образом, мерзлые породы Новой Земли могут полностью исчезнуть за 600-700 лет, а это всего 6-7% от времени, требуемого для изоляции отходов. Без мерзлоты карбонатные породы Новой Земли обладают весьма низкими изолирующими свойствами по отношению к радионуклидам. Никто в мире пока не знает, где и как хранить высокоактивные РАО, хотя работы в ном направлении ведутся. Пока речь идет о перспективных, а отнюдь не промышленных технологиях заключения высоко активных РАО в тугоплавкое стекло или керамические соединения. Однако неясно, как эти материалы поведут себя под воздействием заключенных в них РАО в течение миллионов лет. Столь длительный срок хранения обусловлен огромным периодом полураспада ряда радиоактивных элементов. Ясно, что выход их наружу неизбежен, ибо материал контейнера, в котором они будут заключены столько не "живет".

Все технологии обработки и хранения РАО условны и сомнительны. А, если атомщики будут по своему обыкновению, оспаривать этот факт, то уместно будет спросить их: "Где гарантия, что все существующие хранилища и могильники уже сейчас не являются носителями радиоактивного заражения, так как все наблюдения за ними скрываются от общественности.

Рис. 3. Экологическая ситуация на территории РФ: 1 - подземные ядерные взрывы; 2 - крупные скопления расщепляющихся материалов; 3 - испытания ядерного оружия; 4 - деградация естественных кормовых угодий; 5 - кислые атмосферные осадки; 6 - зоны острых экологических ситуаций; 7 - зоны очень острых экологических ситуаций; 8 - нумерация кризисных регионов.

В нашей стране существуют несколько могильников, хотя об их существовании стараются умолчать. Наиболее крупный расположен в районе Красноярска под Енисеем, где происходит захоронение отходов большинства российских атомных электростанций и ядерные отходы ряда европейских государств. При проведении научно-изыскательских работ по данному хранилищу результаты оказались положительными, но в последнее время наблюдение показывают нарушение экосистемы р. Енисей, что появились рыбы мутанты, изменилась структура воды в определенных районах, хотя данные научных экспертиз тщательно скрываются.

Сегодня на Ленинградской атомной уже и ХОЯТ заполнено под завязку. За 26 лет эксплуатации ядерный "хвост" ЛАЭС составил 30 тысяч сборок. Учитывая, что каждая весит чуть больше сотни килограммов, общая масса высокотоксичных отходов достигает 3 тысяч тонн! И весь этот ядерный "арсенал" находится неподалеку от первого блока ЛАЭС, к тому же на самом берегу Финского залива: 20 тысяч кассет скопилось на Смоленской, примерно столько же на Курской АЭС. Существующие сегодня технологии переработки ОЯТ не выгодны с экономической точки зрения и опасны с экологической. Несмотря на это атомщики настаивают на необходимости строительства объектов по переработке ОЯТ, в том числе и в России. Существует план строительства в Железногорске (Красноярске-26) второго российского завода по регенерации ядерного топлива, так называемого РТ-2 (РТ-1 находится на территории комбината "Маяк" в Челябинской области и перерабатывает ядерное топливо из реакторов типа ВВЭР-400 и атомных подводных лодок). Предполагается, что РТ-2 будет принимать на хранение и переработку ОЯТ в том числе и из-за рубежа, на средства этих же стран планировалось осуществлять и финансирование проекта.

Многие ядерные державы пытаются сплавить низко- и высокоактивные отходы в более бедные страны, которые крайне нуждаются в иностранной валюте. Так, низкоактивные отходы обычно продаются из Европы в Африку. Переброска ядовитых отходов в менее развитые страны тем более безответственна, учитывая то, что в этих странах нет подходящих условий для хранения ОЯТ, не будут соблюдаться необходимые меры по обеспечению безопасности при хранении, не будет качественного контроля за ядерными отходами. Ядерные отходы должны содержаться в местах (странах) их производства в накопителях длительного срока хранения, - считают специалисты, - они должны быть изолированы от окружающей среды и контролироваться высококвалифицированным персоналом.

ПИР (природные источники радиации)

Существуют вещества, обладающие природной , известные как природные источники радиации (ПИР). Бо́льшая часть этих отходов - вещества, образующиеся в результате распада Уран (элемент)урана или , и испускающие .

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 черного глинистого сланца и меньше, чем у фосфатных пород, но представляет известную опасность, так как некоторое количество зольной пыли остается в атмосфере и вдыхается человеком.

и

Побочные продукты нефтяной и газовой промышленности часто содержат и продукты его распада. Сульфатные отложения в нефтяных скважинах могут быть очень богаты радием; вода, нефть и газ в скважинах часто содержат . При распаде радон образует твердые радиоизотопы, образующие осадок внутри трубопроводов. На нефтеперерабатывающих заводах участок производства обычно является одной из самых радиоактивных зон, так как радон и пропан обладают одинаковой температурой кипения.

Обогащение

Отходы, полученные при обогащении полезных ископаемых, могут обладать природной радиоактивностью.

Медицинские РАО

В радиоактивных медицинских отходах преобладают источники и . Эти отходы разделены на два основных класса. В диагностической ядерной медицине используются короткоживущие гамма-излучатели, такие как (99Tc). Большая часть этих веществ распадается в течение короткого времени, после чего может быть утилизирована как обычный мусор. Примеры других изотопов, используемых в медицине (в круглых скобках указан период полураспада):

(90 Y), используется при лечении лимфом (2,7 дня)
(131 I), диагностика , лечение щитовидной железы (8 дней)
(89 Sr), лечение рака костей, внутривенные инъекции (52 дня)
(192 Ir), (74 дня)
(60 Co), брахитерапия, внешняя лучевая терапия (5,3 года)
(137 Cs), брахитерапия, внешняя лучевая терапия (30 лет)

Промышленные РАО

Промышленные РАО могут содержать источники альфа-, бета-, нейтрон- или гамма-лучей. Гамма-излучатели используются в радиографии; источники нейтронного излучения применяются в различных отраслях, например, при радиометрии нефтяных скважин.

Ядерный топливный цикл

Начало цикла

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

Главный побочный продукт обогащения - обедненный уран, состоящий главным образом из урана-238, с содержанием урана-235 менее 0,3 %. Он находится на хранении, так же, как UF 6 и U 3 O 8 . Эти вещества находят применение в областях, где ценится их крайне высокая плотность, например при изготовлении килей яхт и противотанковых снарядов. Также они используются (вместе с повторно используемым ) для создания смешанного оксидного ядерного топлива и для разбавления переобогащенного урана, входящего ранее в состав . Это разбавление, называемое также обеднением, означает, что любая страна или группировка, получившая в свое распоряжение ядерное топливо, должна будет повторить очень дорогой и сложный процесс обогащения, прежде чем сможет создать оружие.

Окончание цикла

Вещества, в которых подошел к концу ядерный топливный цикл (в основном это отработавшие ), содержат продукты деления, испускающие бета- и гамма-лучи. Они также могут содержать , испускающие альфа-частицы, к которым относятся уран (234 U), (237 Np), (238 Pu) и (241 Am), а иногда даже источники нейтронов, такие как (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 (см. ниже Высокоактивные РАО). 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 графитовых стержней. 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 Великобритании, Франции и Японии), это топливо перерабатывается с целью удаления продуктов деления, затем возможно его повторное использование. Процесс переработки включает работу с высокорадиоактивными веществами, а удаленные из топлива продукты деления - это концентрированная форма высокоактивных РАО, так же, как используемые в переработке химикаты.

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 содержат 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 . 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 sup>240Pu 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» станут проблемой в очень отдаленном будущем; так что есть еще много времени для решения этой проблемы при помощи современных технологий, прежде чем она станет актуальной.

Переработка ядерного оружия

В прошлом в качестве ядерного заряда в бомбах предлагались 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. Однако похоже, что для запуска реакций в современных бомбах будет использоваться дейтерий-тритиевая реакция синтеза, приводимая в действия электродвигателем или химической взрывчаткой.

Некоторые модели также содержат радиоизотопный термоэлектрический генератор (РТГ), в котором 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.

Общий обзор

Биохимия

В зависимости от формы распада и элемента, опасность от воздействия радиоизотопов различна. Например, йод-131 - короткоживущий бета- и гамма-излучатель, но, поскольку он накапливается в , он способен вызвать больше повреждений, чем TcO 4 , который, будучи растворимым в воде, быстро выводится с . Аналогично, альфа-излучающие актиноиды и являются крайне вредными, так как они имеют большие биологические полупериоды существования, и их радиация имеет высокий уровень линейной передачи энергии. Из-за подобных различий правила, определяющие вред, причиняемый организму, сильно различаются в зависимости от радиоизотопа, и иногда от природы , содержащего радиоизотоп.

Главная цель обращения с радиоактивными (или любыми другими) отходами - защитить людей и окружающую среду. Это означает изоляцию или разбавление отходов таким образом, чтобы концентрация любых радионуклидов, попадающих в , была безопасна. Чтобы достичь этого, предпочтительная технология в настоящее время - глубокие и защищенные хранилища для наиболее опасных отходов. Также предлагаются преобразование РАО, долгосрочные восстанавливаемые хранилища и их удаление в .

Подвести итог вышесказанному можно фразой «Изолировать от людей и окружающей среды», пока отходы полностью не распадутся и не перестанут представлять угрозу.

Классификация

Несмотря на малую радиоактивность, отходы деятельности урановых обогатительных фабрик также относятся к радиоактивным. Эти вещества являются побочным продуктом первичной обработки ураносодержащей руды. Их иногда относят к отходам класса 11(е)2, по определению раздела законодательства США об использовании атомной энергии. Эти отходы обычно содержат химически опасные тяжелые металлы, такие как и . Огромные количества отходов деятельности урановых фабрик оставлены вблизи старых месторождений урана, особенно в штатах , и .

Малоактивные РАО

Малоактивные РАО - результат деятельности больниц, промышленных предприятий, а также ядерного топливного цикла. К ним относятся бумага, ветошь, инструменты, одежда, фильтры и т. д., содержащие малое количество преимущественно короткоживущих изотопов. Обычно эти предметы определяют как малоактивные отходы в качестве меры предосторожности, если они находились в любой области т. н. «активной зоны», часто включающей офисные помещения с крайне незначительной возможностью заражения радиоактивными веществами. Малоактивные РАО обычно обладают не большей радиоактивностью, нежели те же предметы, отправленные на свалку из нерадиоактивных зон, например, обычных офисов. Данный тип отходов не требует изоляции во время транспортировки и пригоден для поверхностного захоронения. Чтобы уменьшить объем отходов, их обычно прессуют или сжигают перед захоронением. Малоактивные РАО делятся на четыре класса: A, B, C and GTCC (самый опасный).

Среднеактивные РАО

Среднеактивные РАО обладают большей радиоактивностью и в некоторых случаях нуждаются в экранировании. К данному классу отходов относятся , химический осадок, металлические оболочки тепловыделяющих элементов реакторов, а также загрязненные вещества из выведенных из эксплуатации . При транспортировке эти отходы могут закатываться в или . Как правило, отходы с коротким периодом полураспада (в основном вещества из реакторов, не имеющие отношения к топливу) сжигают в поверхностных хранилищах, отходы с долгим периодом полураспада (топливо и продукты его переработки) размещают в глубоких подземных хранилищах. Законодательство США не выделяет этот тип РАО в отдельный класс; термин в основном используется в странах Европы.

Высокоактивные РАО

Высокоактивные РАО - результат работы ядерных реакторов. Они содержат продукты деления и , полученные в ядре реактора. Эти отходы крайне радиоактивны и часто имеют высокую температуру. На долю высокоактивных РАО приходится до 95 % общей радиоактивности, образующейся в результате процесса генерации электрической энергии в реакторе.

Трансурановые РАО

По определению законодательства США 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. Элементы с атомными числами, большими, чем у урана, получили название «трансурановых». В связи с долгим периодом распада трансурановых отходов их захоронение проходит тщательнее, чем захоронение малоактивных и среднеактивных отходов. В США трансурановые РАО образуются в основном в результате производства оружия, к ним относится одежда, инструменты, ветошь, побочные продукты химических реакций, различного рода мусор и другие предметы, загрязненные небольшим количеством радиоактивных веществ (главным образом, плутония).

В соответствии с законодательством США, трансурановые РАО подразделяются на отходы, допускающие контактное обращение и отходы, требующие дистанционного обращения. Деление основывается на уровне радиации, измеренном на поверхности контейнера с отходами. Первый подкласс включает отходы с поверхностным уровнем радиации не более 200 миллибэр в час, второй - более опасные отходы, радиоактивность которых может достигать 1000 миллибэр в час. В настоящее время постоянное место захоронения трансурановых отходов деятельности силовых установок и военных заводов в США - первая в мире опытная установка для изоляции РАО.

Обращение со среднеактивными РАО

Обычно в ядерной индустрии среднеактивные РАО подвергаются ионообмену или другим методам, целью которых является концентрация радиоактивности в малом объёме. После обработки уже гораздо менее радиоактивное тело полностью обезвреживают. Существует возможность использовать гидроксид в качестве флокулянта для удаления радиоактивных металлов из водных растворов. После радиоизотопов гидроксидом железа полученный осадок помещают в металлический барабан, где он перемешивается с цементом, образуя твердую смесь. Для большей стабильности и долговечности изготовляют из зольной пыли или печного шлака и (в отличие от обычного цемента, который состоит из портландцемента, гравия и песка).

Обращение с высокоактивными РАО

Хранение

В полученное вещество, находящееся в индукционной печи, постоянно добавляют измельченное стекло. В результате получается новая субстанция, в которой при затвердении отходы связываются со стеклянной матрицей. Это вещество в расплавленном состоянии вливается в цилиндры из легированной стали. Охлаждаясь, жидкость затвердевает, превращаясь в стекло, которое является крайне устойчивым к воздействию воды. По данным международного технологического общества, потребуется около миллиона лет, чтобы 10 % такого стекла растворилось в воде.

После заполнения цилиндр заваривают, затем моют. После обследования на предмет внешнего загрязнения стальные цилиндры отправляют в подземные хранилища. Такое состояние отходов остается неизменным в течение многих тысяч лет.

Стекло внутри цилиндра имеет гладкую черную поверхность. В Великобритании вся работа проделывается с использованием камер для работы с высокоактивными веществами. Сахар добавляется для предотвращения образования летучего вещества RuO 4 , содержащего радиоактивный рутений. На Западе к отходам добавляют боросиликатное стекло, идентичное по составу пирексу; в странах бывшего обычно применяют фосфатное стекло. Количество продуктов деления в стекле должно быть ограничено, так как некоторые элементы ( , металлы платиновой группы и ) стремятся образовать металлические фазы отдельно от стекла. Один из заводов по витрификации находится в , там перерабатываются отходы деятельности небольшой демонстрационной перерабатывающей фабрики, прекратившей свое существование.

Синрок

Более сложным методом нейтрализации высокоактивных РАО является использование материалов типа СИНРОК (synthetic rock - синтетическая порода). СИНРОК был разработан профессором Тедом Рингвудом в Австралийском национальном университете. Изначально СИНРОК разрабатывался для утилизации военных высокоактивных РАО США, но в будущем возможно его использование для гражданских нужд. СИНРОК состоит из таких минералов, как пирохлор и криптомелан. Первоначальный вариант СИНРОК (СИНРОК С) был разработан для жидких РАО (рафинатов пурекс-процесса) - отходов деятельности . Главными составляющими этого вещества являются голландит (BaAl 2 Ti 6 O 16), цирконолит (CaZrTi 2 O 7) и (CaTiO 3). Цирконолит и перовскит связывают актиноиды, перовскит нейтрализует и , голландит - .

Геологическое захоронение

Поиски подходящих мест для глубокого окончательного захоронения отходов в настоящее время ведутся в нескольких странах; ожидается, что первые подобные хранилища вступят в эксплуатацию после 2010 года. Международная исследовательская лаборатория в швейцарском Гримзеле занимается вопросами, посвященными захоронению РАО. говорит о своих планах по прямому захоронению использованного топлива с использованием технологии KBS-3, после того, как шведский счел ее достаточно безопасной. В Германии в настоящее время ведутся дискуссии о поисках места для постоянного хранения РАО, активные протесты заявляют жители деревни Горлебен региона Вендланд. Это место вплоть до 1990 года казалось идеальным для захоронения РАО благодаря своей близости к границам бывшей . Сейчас РАО находятся в Горлебене на временном хранении, решение о месте их окончательного захоронения пока не принято. Власти выбрали местом захоронения Юкка-Маунтин, штат , однако данный проект встретил сильное противодействие и стал темой жарких дискуссий. Существует проект создания международного хранилища высокоактивных РАО, в качестве возможных мест захоронения предлагаются и . Однако власти Австралии выступают против подобного предложения.

Существуют проекты захоронения РАО в океанах, среди которых - захоронение под абиссальной зоной морского дна, захоронение в зоне , в результате чего отходы будут медленно опускаться к земной мантии, а также захоронение под природным или искусственным островом. данные проекты имеют очевидные достоинства и позволят решить на международном уровне неприятную проблему захоронения РАО, но, несмотря на это, в настоящее время они заморожены из-за запрещающих положений морского права. Другая причина состоит в том, что в Европе и Северной Америке всерьез опасаются утечки из подобного хранилища, что приведет к экологической катастрофе. Реальная возможность подобной опасности не доказана; тем не менее, запреты были усилены после сброса РАО с кораблей. Однако, в будущем о создании океанских хранилищ РАО всерьез способны задуматься страны, которые не смогут найти других решений данной проблемы.

Более реальным выглядит проект под названием «Remix & Return» (Перемешивание и возврат), суть которого состоит в том, что высокоактивные РАО, смешанные с отходами из урановых рудников и обогатительных фабрик до первоначального уровня радиоактивности урановой руды, будут затем помещены в пустые урановые рудники. Достоинства данного проекта: исчезновение проблемы высокоактивных РАО, возврат вещества на место, предназначенное ему природой, обеспечение работой горняков, и обеспечение цикла удаления и обезвреживания для всех радиоактивных материалов.

Квартиры в новостройках Японии оцениваются не по уровню комфорта или престижности района, а по уровню радиации в квартирах. Это объясняет, почему в Японии продолжительность жизни 87 лет, а в России- 70.

В новостройках Москвы нет радиационных паспортов, поэтому некоторые квартиры просто "светятся" от радиации. По расчетам экспертов, после исследований, такие квартиры упадут в цене в десятки раз. Цена этому- минимум 10 лет человеческой жизни.

Радиация в Москве возникает

45- 55%%- естественный радиационный фон земли и излучение солнца
20- 35%- медицинские обследования
от 2% до 20%- радиоактивный газ Радон, который содержится в земле, в подвалах жилых домов поднимается в квартиры по шахтам вентиляции
от 0,1% до 15%- ядерные ректоры, которых в Москве 11 и предприятия, работающие с радиоактивными материалами- их в Москве более 2 500
1%- продукты питания
от 5 до 50%- материал стен в квартирах домов- радиоактивные песок, глина, гравий, гранит и т.п.

Более того, некоторые строительные кампании возводят новостройки на зараженных участках. Застройщики Москвы, не имея карт радиоактивного заражения Москвы, могут возвести новостройки на опасных участках, как это произошло в районе бульвара Рокосовского, так называемой "Зеленой горки"- месте захоронения ядерных отходов:

Опасные предприятия в Москве:

ИТЭФ (Институт теоретической и экспериментальной физики)
Институт Курчатова (Институт атомной энергии)
Институт неорганических материалов им.Бочвара
НИКИЭТ
Поселок Мосрентген
Завод Полиметаллов
НИИХТ
Завод "Молния"
Низкофоновая подземная лаборатория- на глубине 27 метров под гостиницей "Украина"
Бульвар маршала Рокоссовского ("Зеленая горка")
У Поклонной горы (со стороны железнодорожной насыпи рядом с музеем военной техники).

Существуют целые ядерные агломерации, состоящие из ядерных институтов, атомных заводов и радиоактивных свалк:

Кроме этого, в Химках и Лыткарино есть еще пять реакторов. Общая площадь столицы более тысячи ста квадратных километров. (Без Новой Москвы). При этом только официальных опасных радиационных объектов- 18 единиц. Такой плотности нет ни в одной столице мира. Но главное не в количестве, а в качестве.

В Москве объекты заражения находятся непосредственно у жилых кварталов. Об этом- в данном материале.

Главным в данном вопросе является то, что данная тема полностью закрыта. Ни Росатом ни Минобороны, ссылаясь на государственную тайну, делиться данными ни о состоянии объектов, ни о чрезвычайных происшествиях не хотят. Особая проблема- "звенящие" квартиры в новостройках в Москве.

Строительные кампании почти никогда не проверяют на радиоактивное заражение ни металл, ни камень.

Свалки радиации в Москве:

Острейшая проблема- радиоактивные свалки. В городе их многие десятки. В пятидесятых годах прошлого века под руководством Л. П. Берии в Москве начались активные работы по обогащению урана для создания ядерного щита и исследовательские работы в области мирного атома.

В густонаселенных районах столицы установлены центрифуги по обогащению урана, отходы производства и испытаний вывозились за город и сваливались в овраги, низины и засыпались метровым слоем грунта. Или не засыпались.

В ту пору городская граница проходила сразу за Московской кольцевой железной дорогой. То есть сейчас это почти центр Москвы. Наиболее крупные и отходов производства расположены недалеко от Каширского шоссе, на берегах Москвы- реки. Там расположены десятки (по некоторым данным до 800) тысяч кубометров отходов.

Сложность данного участка состоит в крутизне берега и объемах грунта. Если начать его вывоз, нарушится сложившаяся структура почвы, берег сползет и радиация попадет в реку. Не вывозить его тоже нельзя- дожди и грунтовые воды вымывают радиоактивные породы и заражают реку.

Глобальной проблемой являются бесхозные радиоактивные помойки. Энтузиасты и уполномоченные государственные органы находят их по столице десятками ежегодно. Здесь и радиоактивное оборудование, и вышедшие из эксплуатации медицинские приборы и свалки грунта.

Опасность представляет склон Москва- реки, недалеко от МИФИ на Каширке. Угроза здоровью может наступить при нахождении там более часа. Вообще об исключительной опасности радиации для здоровья москвичей говорилось много (зная о скученности людей в Москве и наличии беспрецедентно большого количества "ядерных" предприятий), проблему планируют решить с помощью предприятия "Радон"

Наиболее опасные свалки радиации в Москве

Берег речки Лихоборки
в Тропаревском лесопарке
в Люблино
в Крылатском
Дикая свалка радиоционных отходов- Жостовский карьер в 500 метрах от водохранилища Пироговское и в 1500 метрах канала Москвы

Уровень радиации в Москве- 11-15 микрорентген (норма в 30 мкрн). В метро уровень превышает нормальный в несколько раз. Специалисты считают его неопасным, так как радиация здесь естественная- основу ее составляет газ радон. Однако все зависит от того, сколько времени человек там находится.

Все крупные ядерные объекты Москвы расположены в промзонах. Ознакомьтесь с с полным списком опасных предприятий и расположением их на картах Москвы.

К радиоактивным объектам в Москве относят

11 ядерных реакторов
2000 организаций, непосредственно связанных с источниками радиации (количество увеличивается)
155 тысяч (!!!) источников радиации
от 60 до 90 источников радиационного излучения обнаруживаются ежегодно
Особое внимание хочется обратить на участок “Зеленая горка” (Бульвар маршала Рокоссовского). Здесь расположен радиоактивный могильник- более двух десятков участков. Превышение нормы составляет в 150 раз.
В районе Строгино обнаружено более 10 участков- источников радиации. Предприятие Радон вывезло и захоронило более 220 тысяч источников радиации.
Московские власти разработали программу «Обеспечение ядерной и радиационной безопасности Москвы на 2011 - 2013 годы». На эти цели нашлось около 5 миллиардов рублей. Куда их планируют потратить?

Посмотрите на карты свалок радиации в Москве.

Карта радиации- захоронение отходов на речке Лихоборке

Карта радиации- некоторые дикие захоронения радиоактивных отходов в Москве

Полную карту радиации в Москве можно посмотреть на главной странице сайта на карте, нажав кнопки над картой "Радиоактивность" и "Показать"

Посмотрите на сегодняшнюю экологическую обстановку Москвы и Подмосковья-

Как хоронят ядерные отходы? Да элементарно, просто берут и хоронят. Единственное, что оркестра и венков «От коллег» не хватает, а так, принцип тот же самый. В скале взрывается большая яма, туда складывают бочки с РАО и заливают все это хозяйство бетоном. Ну, это если в двух словах. А если поподробней, то сам технологический процесс захоронения выглядит несколько сложней. Но обо всем по порядку.

Место событий

Волею судеб, я оказался на Уральском Электрохимическом комбинате. Если кто не в курсе, то скажу, что это крупнейшее в мире производство по получению обогащенного урана (40% мирового производства), из которого можно потом сделать топливо для АЭС, а если Родина прикажет, то и атомную бомбу (ну, это к слову). И как всякое производство, без отходов, увы, ему не обойтись. И ладно бы, производил он трактора или телевизоры, а то ведь делает он уран, и отходы соответственно - радиоактивные. На свалку их не выкинуть и в переработку не отправить. Выход один - захоронить, т.е. превратить их в «неизвлекаемую форму».
Для справки: ОАО «УЭХК» (г. Новоуральск) - крупнейшее в мире предприятие по обогащению урана. Первое в стране предприятие по разделению изотопов урана и переработке высокообогащённого урана в низкообогащённый. Входит в состав Топливной компании «ТВЭЛ» Госкорпорации «Росатом». Уютно расположился в горной долине на Среднем Урале. Основан в 1946 г.

Суть вопроса

Что же из себя представляют эти самые РАО? Это фильтры, всякие муфты, прокладки, шланги и даже спецодежда, которые подверглись α-облучению. Уран - штука дорогая, так что в отходы его не отправляют, если где в этих штуках затерялся хоть миллиграмм вещества, его найдут, выковыряют и вернут обратно в технологическую цепочку. А то, что осталось, отправляют на утилизацию.

Основная опасность РАО - это радиация. Радиация тоже бывает разной, есть альфа-излучение, есть бета, есть гамма. Альфа-излучение, если можно так сказать, самое «безобидное». По своей сути, это просто атомы гелия, только с положительным зарядом . Физические свойства урана таковы, что другого излучения он не производит, а для α-частиц непреодолимой преградой является даже лист бумаги. Другое дело, отработанное ядерное топливо, вот это настоящий Адъ! Люди часто путают РАО и ОЯТ, но разница между ними колоссальна. Достаточно сказать, что урановую таблетку, перед погружением в реактор можно запросто взять в руку. Если вы попробуете сделать то же самое с отработанным топливом, то сразу же лишитесь руки, а потом еще и умрете, наверное.

Собственно, само топливо для АЭС выглядит вот так. Да-да, это и есть уран (фото vladimir_pak)

С α-излучением тоже шутки плохи. Ну ухватились вы за кусок урана - пффф... руки помыли с мылом, и всего делов-то. α-частицы неспособны даже пробить ороговевший слой вашей кожи. Но вот если радиоактивная пыль попадет вовнутрь организма, тогда беда (вспомните бедного Литвиненко). Поэтому у ядерщиков респираторы - вещь номер один. И еще деталь - в цеху бьет фонтанчик с водой. Спрашиваю - можно пить? Отвечают - нужно! Только не пить, а полоскать, пошел курить - прополоскал рот, пошел есть - дважды прополоскал!

На фото рабочий закрывает контейнер с РАО

Сам процесс.

Но вернемся к технологии утилизации. Итак, образовавшиеся отходы тщательно упаковываются в специальную тару и отправляются в цех утилизации. Там их ждет две судьбы - или прессование или сжигание. Прессованию подвергаются, в - основном, фильтры. Конечно, саму процедуру нам не показали, потому как… напряг с отходами. Если в 2010 году комбинат выдавил и себя 560 кубометров отходов, то в 2011 всего 500, а в этом и того меньше - планируют 465 кубов. Прессуют их не каждый день, а сжигают еще реже. Если быть точнее, то печь включают всего два раза в год. Сама печь представляет собой довольно громоздкое сооружение высотой 12.5 м.

Вот она. Ничего грандиозного. Сепаратор для производства йогуртов и то круче выглядит.

В топку идет все резиновое, пластиковое и текстильное. В результате горения (как мы знаем) образуются дым и зола. Так вот дым, пройдя ПЯТЬ ступеней очистки, уходит в атмосферу, и при этом, он неизмеримо чище, чем то, что идет из трубы вашей баньки на даче, а вот зола собирается и упаковывается в специальные 200-литровые бочки. Каждая такая бочка стоит 1000 рублей, и вообще не ржавеет. После того, как бочка заполнилась, ее ставят на специальный вращающийся постамент и начинают замерять ее радиоактивность с помощью масс-спектрометра. Крутится на стенде она примерно 30 минут, после чего на емкость составляется паспорт, где чуть ли не поатомно записано какой именно фигни, с каким излучением и в каком количестве там находится.

Ну вот, собственно сама бочка и масс-спектрометр Trans Spec.

Дальше ее везут на ППЗР - приповерхностный пункт захоронения радиоактивных отходов. ППЗР, как я уже писал выше, представляет собой небольшой котлован в скале, глубиной 7 метров. Бочки по 4 штуки помещаются в специальные бетонные контейнеры с толщиной стенки 10 см. Контейнеры загружаются в котлован, и их заливают особопрочным бетоном. Изначально проектировщики думали, что такие «кладбища» безбедно просуществуют лет 300. Однако, обследовав самый первые захоронения, которым уже по шестьдесят лет, они пришли к выводам, что беспокойство об их состоянии нужно будет проявлять через 1500 лет, не раньше.

Этот котлован не наш, а южноафриканский, но все то же самое.

Эти атомщики настоящие крохоборы. Не смотря на то, что производят сотни тон ядерного топлива, они трясутся над каждым миллиграммом и ведут учет, чуть ли не до пятого знака после запятой. Хоронить отходы для них, то же самое, что хоронить деньги. Если это выразить в цифрах, то скажу одно - то, что поступает в цех утилизации, и то, что из него выходит, различается в объемах в 100-150 раз! То есть, на входе груженый Камаз, на выходе 200-литровая бочка, на входе 200-литровая бочка, на выходе полуторолитровая бутылка.

С радиацией тоже проблемы. В ходе нашего пресс-тура чаще звучало не «давайте сфоткаемся», а «давайте замеряемся!». Бедные дозиметристы умаялись, выполняя все наши хотелки. Результаты таковы:

Фон на улице, рядом цехом - 0.07 мЗв.

Фон рядом с «печкой» - 0.14 мЗв.

Допустимая норма - 2.3 мЗв.

Наш ангел-хранитель дозиметрист

Для справки: Зиверт (Зв/Sv) биологический эффект облучения или дозы, полученной органической тканью. Зависит от природы излучения и облучаемых органов тела. Результат называется «эффективной дозой» и обычно измеряется в миллизивертах (мЗв). 70% получаемого человеком облучения приходится на солнце, воздух и продукты питания.

Про уран.

Пытливый читатель наверняка задаст вопрос: «а как же уран?». Ведь действительно, если из «обычного» урана делают «обогащенный», то куда девается «обедненный»? А девается он на склад. Собственно, само наличие нескольких сотен железных бочек перед глазами, не очень воодушевляет, однако осознав, что все это хозяйство, лежащее перед тобой, стоит больше МИЛЛИАРДА долларов, невольно хочется ко всему этому прикоснуться. Ничто так не возвеличивает железный цилиндр, как надпись «uranium hexafluoride».

Кто нибудь видел миллиард долларов в одном месте? Вот он перед вами

На этом складе и отечественный уран, и японский, и американский. Сырье на переработку везут со всего мира. Из исходного продукта выделяется изотоп урана 235, который идет на производство топлива, а отвальный уран 238 идет на склад. Отвальный уран238 не просто складируется, он запасается. Как говорят сами атомщики, эти бочки - залог безбедного существования наших внуков. Из всего этого можно извлекать практически дармовую энергию, просто технологический уровень человеческой цивилизации еще недостаточно высок, но это вопрос времени.

Ну вот и все. Мы уходим из ядерных закромов (в буквальном смысле этого слова) нашей страны.

Если кому интересно, могу написать про то, как вообще этот уран обогащают.
Вернее, уже написал)