Проблема радиоактивных отходов

Одной из основных проблем ядерной энергетики и атомной промышленности является захоронение радиоактивных отходов (РАО).

Проблема радиоактивных отходов – это сравнительно новая глобальная проблема человечества. Она возникла с рождением и распространением атомной промышленности и энергетики. Как и всякая область человеческой деятельности, атомные технологии порождают свои отходы – радиоактивные. Это и остатки урана или радия, не извлеченные при переработке руд, и искусственные радионуклиды, возникающие при работе реакторов и ускорителей, и выработавшие ресурс, а значит, подлежащие демонтажу реакторы, ускорители, радиохимическое и лабораторное оборудование.

Особенность этих отходов в том, что их активность определяется главным образом не естественными, а искусственными радионуклидами, не существовавшими ранее в природе в ощутимых количествах. В принципе РАО могут содержать любые из примерно 1300 известных радионуклидов, однако на практике в них встречаются лишь радионуклиды с периодами полураспада более нескольких часов, так как ядра с меньшим временем жизни распадаются еще в ходе технологических процессов.

РАО опасны прежде всего тем, что содержащиеся в них радионуклиды могут рассеяться в биосфере и вызвать как соматические расстройства, так и генетические изменения в клетках живых организмов, в том числе и человека.

Решение проблемы РАО можно искать на разных путях. Во-первых, очевидно, что необходимо усовершенствовать атомные технологии в направлении минимизации производства радиоактивных отходов. Необходимо сводить к минимуму технологические потери радионуклидов и таким образом повышать не только эффективность, но и безопасность производства. Третья, но очень дорогостоящая, возможность – это сконцентрировать отходы и вывести их в космос. Сегодня, однако, идут по четвертому пути – изоляции РАО в биосфере, т.е. их хранению или захоронению.

Общая концепция захоронения радиоактивных отходов такова. Если для отходов нерадиоактивных (угольные, металлургические, металлообрабатывающие предприятия) применяется рассеивание в биосфере до концентраций ниже предельно допустимых, то в атомной энергетике, наоборот, производится концентрируемое и контролируемое централизованное захоронение отходов.

Захоронение РАО осуществляется на пунктах захоронения – специальных предприятиях, обеспечивающих их централизованный сбор, удаление (транспортировку) и захоронение.

Газообразные РАО улавливают непосредственно на предприятиях атомной и радиохимической промышленности. К газообразным радиоактивным отходам относятся прежде всего радионуклиды криптона и ксенона, образующиеся при делении ядерного топлива, а также газы, содержащие радиоактивные изотопы водорода () и углерода (). Инертные газы, в первую очередь с периодом полураспада 10 лет, можно улавливать с помощью криогенной техники и низкотемпературной адсорбции. Содержащийся в газах тритий обычно окисляется с образованием воды, а углекислый газ, в котором присутствует , химически связывается в карбонатах.

На объектах, где ведутся работы с радиоактивными веществами, жидкие РАО обычно хранятся в наземных или подземных емкостях (спецканализация). В случае необходимости жидкие отходы высокой активности нужно охлаждать, так как за счет энергии, выделяющейся при радиоактивном распаде, они могут заметно нагреваться. Кроме того, распад вызывает различные химические реакции радиолиза, при этом высвобождаются так называемые радиолизные газы, которые необходимо улавливать. В ряде случаев отвердение жидких РАО осуществляется непосредственно на предприятиях атомной и радиохимической промышленности.

Жидкие и твердые радиоактивные отходы собирают в специальные контейнеры, конструкция которых определяется характером РАО. Контейнеры после заполнения должны находиться в специально оборудованном помещении – хранилище с гладким, имеющим уклон полом, с отделкой стен, позволяющей обмывать их водой и дезактивирующими растворами. Дозиметристы приемной службы пункта захоронения проверяют герметичность и прочность контейнеров, измеряют интенсивность g - и нейтронного излучения от них, загрязненность радиоактивными веществами. Транспортировка отходов на пункт захоронения производится на специальных автомашинах с защитой кабины водителя. Водитель осуществляет дозиметрический контроль при размещении контейнеров с РАО в кузове автомобиля; загрузка его прекращается, если мощность дозы с наружной стороны кузова достигает 200 мбэр/час, а в кабине водителя – 2,8 мбэр/час.

После доставки РАО на пункт захоронения их подвергают переработке. Традиционные технологии переработки сводятся к сжиганию радиоактивных отходов, цементированию и др. Современная точка зрения на технологию захоронения РАО заключается в том, чтобы заключать эти отходы в слабо выщелачиваемую матрицу, которая сама по себе является первым барьером, препятствующим распространению радионуклидов в окружающую среду. В качестве такой матрицы могут применяться, например, керамические материалы, минералоподобные вещества, но наиболее отработано остекловывание. Жидкие отходы выпариваются, внедряются в стеклообразную массу, которой заполняются контейнеры из нержавеющей стали. Подготовленные таким образом отходы помещаются в специальные подземные емкости (могильники). После заполнения могильников сверху устраивается бетонное перекрытие, позволяющее герметизировать их и обеспечить условия, исключающие переоблучение персонала.

Размещение пунктов захоронения определяется их назначением навсегда или на очень длительное время (сотни лет) изолировать РАО от окружающей среды и тем самым исключить возможную миграцию содержащихся в них радиоактивных веществ. Поэтому пункты захоронения устраиваются на достаточном удалении от населенных пунктов, на территориях, не имеющих в обозримом будущем перспектив хозяйственного использования.

Геологический профиль отводимых под пункты захоронения участков должен быть надежным с точки зрения тектоники, сейсмики и гидравлики. Многолетние исследования показали, что вместилищами РАО могут служить три типа геологических формаций: глины, скальные породы (гранит, базальт) и каменная соль. Рыхлые средне- и мелкозернистые породы (пески, суглинки, глины) с низким стоянием грунтовых вод более пригодны для устройства приповерхностных хранилищ или пунктов захоронения РАО средней активности со сравнительно короткоживущими радионуклидами. Наиболее благоприятен для размещения пунктов равнинный, но несколько холмистый тип рельефа местности. В этом случае уровень грунтовых вод на возвышенности в силу естественного дренажа находится на значительной глубине, и устройство могильников на возвышенности позволяет исключить попадание радиоактивных веществ в грунтовые воды. Скальные породы и каменная соль применяются для строительства глубинных пунктов захоронения высокоактивных РАО и РАО с долгоживущими радионуклидами. Наиболее перспективны соляные массивы, в них отсутствуют мигрирующие воды, почти нет включений жидкости или газообразующих примесей, они пластичны, и нарушения структуры в них могут самозалечиваться, обладают высокой теплопроводностью, так что в них можно помещать РАО более высокой активности, чем в другие породы. Для обеспечения надежности захоронения РАО могильники строят из железобетонных конструкций. При их заполнении в жидкие отходы можно добавлять цемент, в этом случае бетонируются также промежутки между твердыми отходами.

Чтобы исключить вредное воздействие пунктов захоронения РАО на население, вокруг них создаются санитарно - защитные зоны. Территорию пунктов захоронения обносят оградой и охраняют.

Проводимые при подготовке к захоронению отходов инженерные мероприятия должны обеспечивать необходимый объем и плотность размещения РАО, действие систем безопасности и надзора, в том числе долговременный контроль за температурой, давлением и активностью в пункте захоронения, а также за миграцией радиоактивных веществ по горному массиву.

В решении вопроса о захоронении РАО существует две тенденции: локальная и региональная. Хранение отходов в специально оборудованных хранилищах на месте их возникновения экономит время, средства, снимает проблему безопасной транспортировки. Однако по мере увеличения числа радиационно-опасных объектов такой подход приводит к распространению радиоактивных веществ, увеличению числа охраняемых зон. Поэтому понятна и другая тенденция – организовывать пункты захоронения в немногих наиболее подходящих местах и свозить туда РАО с ближайших объектов. Судя по всему, современный уровень развития науки и техники еще не позволяет сделать окончательный выбор, к тому же универсальное решение вряд ли возможно.

В связи с высокой стоимостью переработки образующихся на предприятиях атомной промышленности жидких РАО в отдельных случаях их удаляют в недра Земли. Этот способ применялся, например, на заводе атомной промышленности в Хенфорде, атомном предприятии Савана – Ривер (США) и атомном предприятии ЧОК – Ривер (Канада).

На атомном заводе в Хенфорде с 1944 по 1960 г. было удалено в грунт более 1,4×10⁸ м³ жидких РАО. Отходы с удельной b-активностью 5×10^-8 Ки /л сбрасывались в фильтрующие болота и пруды, отходы с активностью до 6×10^-3 Ки /л – в поглощающие траншеи и колодцы. За распространением радиоактивных загрязнений в горных породах и подземных водах велось постоянное наблюдение методом бурения скважин и исследования образцов грунта с разных глубин. Было установлено, что благодаря благоприятным гидрогеологическим условиям (платообразная местность, приподнятая над уровнем реки Колумбия, низкое стояние грунтовых вод – на глубине 70 – 100 м, высокая ионная емкость грунтов) на большие расстояния (до 13 км) перемещался только тритий, содержание которого в грунтовых водах на границе этой зоны составляло 8×10^-11 Ки /л. Общая b-активность грунтовых вод в непосредственной близости от колодцев составляла от 1×10^-7 до 6×10^-5 Ки /л, а в более удаленных местах – 1,5×10^-10 Ки /л.

Жидкие РАО могут удаляться и в межпластовые горизонты. Достоинство использования для этих целей глубоких водоносных горизонтов, содержащих пресные или слабо минерализованные воды, заключается в их значительной водоприемной способности и хорошей гидродинамической изоляции от верхних водоносных горизонтов. Основным недостатком такого способа захоронения РАО является загрязнение подземных вод.

Критерием возможности использования метода удаления жидких радиоактивных отходов в межпластовые горизонты служит изолированность последних. Под изолированностью горизонтов понимают совокупность показателей, характеризующих глубину их залегания, степень перекрытия толщами глин, скорость водообмена и сорбционную способность водоносных пород.

В настоящее время исследуются возможности захоронения жидких РАО в отработанных нефтяных скважинах, отработанных шахтах горнодобывающей промышленности и др. В любых случаях захоронения жидких РАО отходов в недрах Земли должны быть исключены возможности выхода загрязненных радиоактивными веществами подземных вод на поверхность, проникновения радиоактивных изотопов в воду водозаборных скважин, загрязнения радиоактивными веществами разрабатываемых и перспективных месторождений полезных ископаемых и т.д.

В ряде промышленно – развитых стран практикуется удаление радиоактивных отходов в моря и океаны. Так, в США с 1946 года отходы с низким уровнем активности, поступающие из исследовательских центров, смешивали с цементом, помещали в стальные емкости и сбрасывали в воды Атлантического и Тихого океанов. Общее число емкостей, захороненных в 1964 году в океаны, составило около 45000, а их суммарная активность достигала 22000 Ки. Многочисленные пробы воды, взятые у дна зон захоронения, показали, что уровень ее активности не отличается от среднего уровня радиоактивности воды Мирового океана.

Ряд исследователей, ссылаясь на сведения о малой скорости перемешивания воды на больших глубинах (на глубине от 750 до 1750 м – 0,5 – 2 м в год) предлагают использовать для захоронения РАО глубокие океанские впадины. Однако подобные рекомендации нуждаются в убедительном научном обосновании.

Дата добавления: 2015-07-25