Ю. В. Дублянский

Я расскажу в этой статье о проблеме радиоактивных отходов - скорее, о ее глобальном аспекте, чем о конкретных региональных проблемах. Я буду здесь опираться в основном на американские примеры. Пусть это вас не смущает: во многих аспектах этой проблемы США и Россия весьма схожи, иногда как две стороны одной медали, а иногда - как зеркальные отражения.

Откуда берутся радиоактивные отходы и куда их девать?

Основные источники радиоактивных отходов (РАО) высокого уровня активности - атомная энергетика (отработанное ядерное топливо ) и военные программы (плутоний ядерных боеголовок, отработанное топливо транспортных реакторов атомных подводных лодок, жидкие отходы радиохимических комбинатов и др .). Количество РАО, накопленных при производстве ядерного оружия, на порядок (то есть не менее чем в 10 раз) выше отходов ядерной энергетики. Если даже военные программы сократятся, то отходы «мирной» энергетики намного вырастут, поскольку ядерная энергия - один из двух важнейших в обозримом будущем источников энергии, наряду с сожжением углеводородных топлив, производящих опасный для теплового равновесия Земли «парниковый эффект». Предполагается, что к 2000 году в мире будет накоплено около 200 тысяч тонн РАО, из них около 2 тысяч тонн плутония

Возникает вопрос: следует ли рассматривать РАО просто как отходы или как потенциальный источник энергии? От ответа на этот вопрос зависит, хотим ли мы их хранить (в доступном виде) или захоранивать (т. е. делать недоступными). Общепринятый ответ в настоящее время состоит в том, что РАО - это действительно отходы, за исключением, может быть, плутония. Плутоний теоретически может служить источником энергии, хотя технология получения энергии из него сложна и довольно опасна. Многие страны, в том числе Россия и США, находятся теперь на распутье: «запускать» плутониевую технологию, используя плутоний, высвобождаемый при разоружении , или захоранивать этот плутоний? Недавно правительство России и Минатом объявили, что они хотят перерабатывать оружейный плутоний совместно с США; это означает возможность развития плутониевой энергетики. Мы не будем заниматься здесь энергетическим использованием РАО, а только проблемой их захоронения.

Избавление от РАО . В течение 40 лет ученье сравнивали варианты избавления от РАО. Главная идея - их надо поместить в такое место, чтобы они не могли попасть в окружающую среду и нанести вред человеку. Эту способность вредить РАО сохраняют в течение десятков и сотен тысяч лет. Облученное ядерное топливо , которое мы извлекаем из реактора, содержит радиоизотопы с периодами полураспада от нескольких часов до миллиона лет (период полураспада - это время, в течение которого количество радиоактивного вещества уменьшается вдвое, причем в ряде случаев возникают новые радиоактивные вещества). Но общая радиоактивность отходов значительно снижается со временем. Для радия период полураспада составляет 1620 лет, и нетрудно подсчитать, что через 10 тысяч лет останется около 1/50 первоначального количества радия. Нормативы большинства стран предусматривают обеспечение безопасности отходов на срок 10 тысяч лет. Конечно, это не значит, что по истечении этого времени РАО более не будут опасны: мы попросту перелагаем дальнейшую ответственность за РАО на отдаленное потомство. Для этого надо, чтобы места и форма захоронения этих отходов были известны потомству. 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.

Форма отходов. 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 это стоит? Ответа на этот вопрос нет, как видно из следующего примера. В 1980 году общая стоимость проекта захоронения РАО Соединенных Штатов оценивалась в 6 миллиардов долларов, а срок ввода в эксплуатацию этого проекта устанавливался в 1997 году. К 1995 году США истратили на него уже более 5 миллиардов долларов, необходимые дальнейшие затраты оценивались в 20 миллиардов долларов, а срок ввода в эксплуатацию отодвинулся до 2010 года. При этом руководство Департамента энергии США признало, что шансы получить лицензию на строительство захоронения не превышают 50%. Последние оценки стоимости проекта возросли до 53 миллиардов долларов.

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.

Проблемы захоронения

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. Я легко могу себе представить, что, скажем, губернатор Красноярского края Лебедь в какой-то момент скажет: «В моем крае захоронения не будет!» 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 появляется новая проблема.

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. В 1987 году правительство США заключило договор с компаниями, владеющими атомными электростанциями, обязавшись с 31 января 1998 года принимать на захоронение их отходы. Сейчас компании начинают судиться с министерством энергетики США.

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. Я знаю по собственному опыту, как трудно этого достигнуть. Вот простой пример: за время изучения потенциальной площадки США - горы Яка - было опубликовано более тысячи отчетов, то есть сотни тысяч страниц текстов, графиков и числовых данных. Каковы шансы, что сенаторы из комиссии, принимающей решения, прочтут сколько-нибудь значительную часть этих текстов? Информацию для них будут готовить референты (хорошо, если ученые), и важно, чтобы при этом «сжатии» информации не пострадала ее значимая часть.

Радиоактивные отходы в США

Посмотрим, как подходят к проблеме захоронения своих отходов в США. К этой стране во всем мире относятся как к образцу, и я по своему опыту знаю, что за американским проектом захоронения внимательно следят другие ядерные страны, чтобы корректировать свою политику в этой области.

Предыстория. В США политика в области обращения с атомными отходами была сформулирована в 1982 году, в правление президента Рейгана, когда был принят Акт о политике в области обращения с атомными отходами (Nuclear Waste Policy Act). Вот наиболее важные положения этого акта:

(1) предусматривается геологическое захоронение высокоактивных отходов без переработки;

(2) ответственность за выбор места, строительство и эксплуатацию захоронения возложена на министерство энергетики (аналог нашего Минатома);

(3) создается Фонд ядерных отходов, через который финансируются все работы в области захоронения;

(4) все предприятия ядерно-энергетического комплекса отчисляют в фонд специальный налог;

(5) захоронение военных отходов оплачивается Федеральным правительством.

После принятия Акта 1982 года было предложено для изучения девять площадок в шести штатах. К маю 1986 года для дальнейшего изучения было рекомендовано три из них: Deaf Smith County, Texas; Hanford, Washington; Yucca Mountain, Nevada. В 1987 году Конгресс принял поправку к акту, где было указано, что только гора Яка (Yucca) будет рассматриваться как место-кандидат. Зная то, что мы знаем сегодня, можно сказать, что отказ от запасных вариантов был огромной стратегической ошибкой.

Еще один возможный пункт этого документа гласит, что с 1997 года вся ответственность за радиоактивные отходы коммерческих (гражданских) атомных станций переходит к Федеральному правительству США. Так родился проект Яка Маунтин.

Расписание. Изучение площадки будет продолжаться до 2001 года. При этом до окончания срока, отпущенного на изучение, готовятся и публикуются следующие документы: в 1998 году - «Оценка пригодности» (предварительная информация о пригодности или непригодности); в 1999-м - черновик «Влияния на окружающую среду», и в 2000-м - окончательный вариант «Влияния на окружающую среду».

С 2002 по 2004 годы будет проходить лицензирование. Оно будет проводиться как «суд», где будут присяжные (три эксперта, ответственных за лицензирование), «подсудимый» - гора Яка, «адвокат» - министерство энергетики, и «обвинитель», которым может быть кто угодно, даже

частное лицо. Важный момент состоит в том, что в процессе лицензирования эксперты будут давать показания под присягой. Закон гласит, что если при этом кто-нибудь солжет, и это будет обнаружено, то за каждый день с момента лжи до момента обнаружения виновный выплатит штраф в 10 тысяч долларов. Деньги должны быть выплачены из личных средств, и закон не имеет также срока давности.

Если площадка получит лицензию, то строительство начнется в 2005 году и окончится в 2009 году. Первый груз отходов может быть принят в 2010 году.

Структура проекта. Проект осуществляется министерство энергетики. В работах по проекту постоянно участвуют 1500-2000 человек, представляющих 6-7 крупных организаций-субподрядчиков (Геологическая служба США, Национальные атомные лаборатории Лос-Аламос, Сандия, Ливермор и др.).

Понятно, что в таком важном многомиллиардном проекте необходим надзор. Общий надзор за проектом осуществляют несколько независимых организаций, такие, как

(1) Конгресс США;

(2) Комиссия по ядерному регулированию;

(3) Правительство штата Невада;

(4) правительства округов штата Невада, на территории которых проводятся работы;

(5) Комиссия технического надзора по ядерным отходам, назначенная Национальной академией наук, и др.

Надзор за качеством научной продукции осуществляет Международная организация прикладных наук (Science Application International) - ни один отчет не выпускается в свет до получения от этого учреждения QA (quality assurance, подтверждение качества). Кроме того, ввиду возможного конфликта между интересами Федерации и штата, министерство энергетики обязано выделять средства штату Невада на проведение собственных независимых научных изысканий и надзора за работой федеральных организаций.

Как это происходит в действительности. Только что описанная впечатляющая схема - можно сказать, образец деятельности американской бюрократии - при ближайшем рассмотрении оказывается чем-то вроде «потемкинской деревни». Возможно, эта схема и сработала бы неплохо, если бы гора Яка была геологически пригодна для размещения захоронения. Но как только в этом возникли сомнения, оказалось, что механизм не работает.

Прежде всего, обнаружилось, что стандарты, которым должны следовать разработчики захоронения, еще не разработаны: над ними работает Комиссия по ядерному регулированию; то есть игра идет, а правила еще не написаны.

Оказалось, что ученые, работающие на министерство энергетики, вполне способны скрывать факты, подтасовывать данные и яростно набрасываться на любого, кто пытается опубликовать данные, представляющие опасность для их представлений о геологии горы.

Система контроля качества (на которую тратятся большие деньги) практически не работает - я не встречал худших геологических отчетов, чем те, что я получал от министерства энергетики.

В финансовом отношении министерство энергетики ведет себя вполне определенным образом. В 1995 году, как только ученые штата Невада начали получать данные, опасные для проекта, деньги, полагающиеся штату Невада, перестали перечислять, и наши работы были приостановлены на два года.

Радиоактивные отходы в России

Новая концепция Минатома: отходы - в мерзлоту. 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.

Атомная энергетика

В последние годы, в связи с проблемой изменения климата и необходимостью сократить выбросы парниковых газов, предлагается решить эту проблему путем развития атомной энергетики. Как можно предвидеть, такое развитие событий вызовет большие трудности с захоронением РАО.

Межправительственная комиссия по изменению климата (Intergovernmental Penal on Climate Change, IPCC) еще в 1995 году просчитывала сценарий снижения последствий глобального потепления путем массированного развития атомной энергетики (табл. 1).

Согласно этому гипотетическому сценарию, изображенному в следующей таблице (1), доля атомной энергетики в производстве мировой электроэнергии должна была бы возрасти от 17% в настоящее время до 46% в 2100 году. Но это приведет к резкому увеличению объемов радиоактивных отходов, и проблема их захоронения встанет еще более остро.

Таблица 1.

Сценарий борьбы с глобальным потеплением путем развития атомной энергетики (IPCC, 1995)

* Оценка, исходя из срока эксплуатации реактора 40 лет;

** Прогноз на 2000 год.

Ядерные отходы – термин, появившийся сравнительно недавно. Гонка вооружений 20 века ускорила процесс использования энергии атома. В любом случае, будь то военное использование этой энергии или мирное, в процессе образуются отходы, опасные для всего живого на Земле. Статья раскрывает некоторые аспекты проблемы утилизации ядерных отходов.

Обширные исследования в области ядерной физики в начале ХХ века привели к масштабному использованию энергии атома и радиоактивных материалов в науке, промышленности, медицине, сельском хозяйстве и в образовательном процессе. Понятно, что эта практика сопровождается образованием разных отходов. Особенностью этого вида отходов является наличие в них радиоактивных элементов. Нельзя забывать о том, что радиоактивность присутствовала на Земле всегда и присутствует сейчас. Вопрос состоит только в том, каков уровень этой радиоактивности.

Ядерные отходы (синоним радиоактивные отходы – РАО) – вещества, содержащие опасные элементы, которые нельзя использовать в дальнейшем. Недопустимо путать данный термин с термином «отработанное ядерное топливо». Отработанное ядерное топливо (ОЯТ) – это смесь веществ, состоящая из остатков ядерного топлива и продуктов деления, таких как изотопы цезия с массой 137 и изотопы стронция с массой 90. ОЯТ – это дополнительный источник для получения ядерного топлива.

Критерии отнесения отходов к радиоактивным

По агрегатному состоянию РАО могут быть в газообразном, жидком и твердом виде. Чтобы понять, какой «мусор» можно считать радиоактивным, обратимся к нормативам.

Согласно нормам радиационной безопасности СанПин 2.6.1.2523-09 отходы относят к радиоактивным в случае, когда результат сложения отношений удельных (твердые и жидкие отходы) и объемных (газы) активностей радионуклидов в отходах к их минимальной удельной активности больше, чем один. Если вычислить это невозможно, то критерием причисления отходов к радиоактивным считается степень излучения для отходов в твердом состоянии:

• один Бк/г – источники, испускающие α-частицы;
• сто Бк/г – источники, испускающие β-частицы;

и для жидкостей:

• 0,05 Бк/г – источники, испускающие α-частицы;
• 0,5 Бк/г — источники, испускающие β-частицы.

Отходы, испускающие γ-излучение попадают в категорию ядерных, когда мощность дозы на расстоянии 10 см от их поверхности больше одного мкЗв/ч.

Бк – Беккерель равен одному распаду в секунду на один грамм (килограмм) вещества.

Зв – Зиверт равен примерно сто рентген. Рентгенами измеряется общее излучение, а зивертами – облучение, полученное человеком.

Отходы в твердом агрегатном состоянии можно рассортировать по мощности дозы γ-излучения на расстоянии 10 см от поверхности на отходы:

• низкой активности - 1 мкЗв/ч – 0,3 мЗв/ч;
• средней активности - 0,3 мЗв/ч – 10 мЗв/ч;
• высокой активности - более 10 мЗв/ч.

Короткоживущие отходы содержат нуклиды с периодом распада их до безобидного уровня менее 1 года. К очень низкоактивным отходам (ОНАО) относятся отходы, которые не превышают дозу γ-излучения в 1 мкЗв/ч.

Отдельно выделяют отходы отработанных конструкций реакторов, транспорта и средств технического контроля.

Как утилизируют ядерные отходы, способы утилизации и переработки

Первоначально предприятие, на котором образуются ядерные отходы, должно осуществить их сбор, дать характеристику, произвести сортировку и обеспечить их временное хранение. Затем надлежащим образом упакованные ядерные отходы должны транспортироваться на предприятие, где производится переработка РАО. Завод выбирает технологию по переработке и захоронению с учетом инженерных и нетехнических характеристик обращения с радиоактивными отходами.

Отходы высокой радиоактивности служат источником для получения вторичного сырья (примерно 95% от объема отходов). Оставшиеся 5% веществ, период полураспада которых составляет сотни и тысячи лет, подвергают остеклению и хранятся в глубоких скважинах, находящихся в скалах.

Среднеактивные и низкоактивные РАО подвергаются следующим видам переработки:

1. Твердые:

• сгораемые отходы подвергаются сжиганию в печах, плазменному сжиганию, термохимической обработке, сжиганию при остекловывании или кислотному разложению;
• прессуемые – компактированию и суперкомпактированию;
• металлические – компактированию и плавлению;
• несгораемые и непрессуемые – отправляются в контейнеры.

1. Жидкие:

• органические сгораемые отходы подвергаются сжиганию в печах или отдельно, или вместе с твердыми отходами;
• органические несгораемые – адсорбции на порошках и цементированию, термохимической переработке;
• водные малосолевые – концентрированию и цементированию;
• водные высокосолевые – битумированию и остекловыванию.

1. Газообразные отходы подвергаются улавливанию химическими реагентами или с помощью адсорбции.

Рассмотрим разные способы утилизации ядерных отходов, которые осуществляет завод по переработке, по отдельности.

Сжиганию в специально сконструированных печах подвергается одежда, бумага, дерево, бытовой мусор, которые подверглись облучению. Пепел подлежит цементированию.

Печь для сжигания ядерных отходов

Компактирование – это прессование ТРО под давлением. Данный способ переработки неприемлем для взрывоопасных и легковоспламеняющихся веществ.

Суперкомпактирование – это спрессовывание ТРО, прошедших стадию компактирования. Производится с целью уменьшения объемов отходов.

Цементирование – это один из самых доступных методов переработки ядерных отходов, особенно жидких. Его преимущества:

• доступность;
• негорючесть и непластичность конечного продукта;
• дешевизна оборудования и емкостей для переработки;
• относительная простота технологии.

Битумирование – это включение РАО, особенно отходов, содержащих какие – либо жидкости, в состав битума. По технологической сложности битумирование превосходит цементирование, но оно имеет и некоторое преимущество. При битумировании происходит испарение влаги, поэтому отходы не увеличиваются в объеме и остаются влагостойкими.

Остекловывание – это способ переработки ядерных отходов разных уровней активности. Стекло является материалом, который может поглощать большой объем веществ, не входящих в его состав. Кроме того, полученный продукт не подвергнется разложению очень долгое время.

После переработки контейнеры с ядерными отходами подвергаются захоронению. По данным МАГАТЭ захоронение – это размещение отходов в специально подготовленных местах (могильник ядерных отходов) без цели дальнейшего их использования. Захоронению подлежат отходы, переведенные в твердое состояние и упакованные надлежащим образом.

Существуют такие виды захоронений:

1. Глубоководное захоронение ядерных отходов: контейнеры размещаются на дне моря глубиной примерно 1000 м.
2. Геологическое: изоляция отходов в специально подготовленных инженерных сооружениях в устойчивых слоях породы на глубине нескольких сотен метров. В основном так хоронят высокоактивные и долгоживущие РАО.
3. Приповерхностное: контейнеры помещаются в инженерные сооружения на поверхности и близком к ней слое земли или в шахтах на глубине несколько десятков метров от поверхности. Так хоронят короткоживущие, низко и среднеактивные отходы.
4. Захоронение в глубинные отложения океанического дна: размещение контейнеров с отходами в осадочные породы на дне моря на глубине нескольких тысяч метров.
5. Захоронение под океаническим дном: размещение РАО в инженерных сооружениях, которые находятся в породах приберегового морского дна.

Куда девают ядерные отходы в России

Куда девают ядерные отходы в нашей стране? В России, как и во всем мире, работа с ядерными отходами ведется на специализированных предприятиях, снабженных качественным оборудованием и техникой. Ежегодно на территории нашего государства образуется 5 миллионов тонн ядерных отходов, из них перерабатывается и подвергается утилизации 3 миллиона тонн. К 2025 году предполагается 89,5% РАО хранить в безопасном для людей и среды обитания состоянии, 8% – в специальных емкостях, 0,016% – в непостоянных хранилищах.

Где хранятся ядерные отходы в России, которые были накоплены еще при гонке вооружений СССР и США? Вспомним примеры использования энергии атома и создания могильников ядерных отходов в нашей стране.

В красивейших местах Челябинской области спрятались под листвой деревьев печально известные река Теча, озеро Карачай и закрытый город Озерск. Именно здесь в 1948 году заработал первый реактор производственного объединения «Маяк» по созданию оружейного плутония. Да, Советский Союз дал достойный ответ США, став лидером ядерной гонки вооружений. Но вот куда девать отходы, ни в Соединенных штатах, ни в СССР особо не задумывались.

Первым могильником ядерных отходов предприятия стала небольшая речка Теча. В 1957 году к постоянно сбрасываемым в реку ядерным отходам добавились элементы, полученные в результате взрыва емкости с РАО. Кроме того, в воздухе сформировалось радиоактивное облако, заразившее территорию примерно на 300 – 350 км в северо-восточном направлении от комбината «Маяк». После этой страшной аварии Советское правительство определило новое место — хранилище опаснейших отходов. Им стало озеро в Челябинской области.

Однако в 1967 году в результате засухи со дна озера Карачай – свалки ядерных отходов на многие километры вокруг были рассеяны те же радиоактивные элементы. После этого было принято решение о ликвидации Карачая. В конце 60 – х годов прошлого столетия озеро начали консервировать, и процесс этот продлился более 40 лет. Сегодня в нем захоронено с использованием новейших технологий более 200 тысяч кубометров высокоактивных техногенных илов и суглинков.

Последний сварочный шов защитного экрана на объекте «Кратон — 3»

В 70 – х годах двадцатого столетия на территории Якутии были проведены мирные подземные взрывы «Кристалл» и «Кратон — 3», в результате чего прилегающая территория подверглась радиоактивной атаке. В начале двадцать первого столетия на этих объектах была проведена реабилитация, созданы могильники ядерных отходов, что значительно улучшило радиоактивную обстановку.

Современный вид объекта «Кратон-3»

В интернете можно посмотреть карты, наглядно изображающие места захоронения ядерных отходов в России.

Об уникальных способах переработки радиоактивных отходов на предприятии Дальнего Востока рассказывают в следующем видео

Научно – технический прогресс невозможен без развития атомной науки и техники. Однако в современной гонке вооружений не стоит забывать о возможных последствиях. РАО представляют угрозу для всего человечества и для всех живых организмов нашей планеты. Поэтому необходимо разрабатывать новые безопасные методы утилизации ядерных отходов.

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.

Радиоактивные отходы - это ядерные материалы и радиоактивные вещества, дальнейшее использование которых не предусматривается. Отходы являются главным долгоживущим источником облучения населения, связанным с атомной энергетикой. Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) подсчитало, что в мире ныне накоплено более 200 тыс. тонн отработанного ядерного топлива. Ежегодно к ним добавляется еще 10-2 тыс. тонн.

Радиоактивные отходы бывают жидкими, твердыми и газообразными, которые в свою очередь подразделяются по удельной активности на тритегории - низкоактивные, среднеактивные и высокоактивные. Большую часть отходов составляет низкорадиоактивный мусор. Однако и он может быть крайне опасен.

К источникам радиоактивных отходов, кроме АЭС, относятся медицинские учреждения, промышленные предприятия, исследовательские центры. В настоящее время одной из самых острых проблем является утилизация и захоронение радиоактивных отходов и прежде всего высокоактивных отходов АЭС и других предприятий.

Сбор, переработка и захоронение радиоактивных отходов осуществляется отдельно от других видов отходов. Перед утилизацией изотопы разделяют по степени активности, периоду полураспада и т.п. Для сокращения объема отходов их упаривают, сжигают, прессуют и т.п. Для предотвращения миграции радиоактивных изотопов с грунтовыми водами малоактивные отходы фиксируют с помощью битума или цемента в блоки, подлежащие дальнейшему захоронению. Высокоактивные отходы остекловывают.

Захоронение твердых, или отвержденных радиоактивных отходов осуществляется в специальных сооружениях, называемых могильниками радиоактивных отходов.

Радиационный контроль при захоронении отходов радиоактивных веществ, а также номенклатура контролируемых параметров должны проводиться в строгом соответствии с требованиями норм ГОСТ. Захоронение должно проводиться в специально отведенных местах (полигонах), на незатопляемых участках с низким уровнем грунтовых вод, обязательно по согласованию с органами Государственного санитарного надзора, с учетом требований по охране окружающей среды и правил радиационной безопасности. Жидкие токсичные отходы перед вывозом на полигон должны быть обезвожены на предприятиях.

Пункт захоронения должен располагаться не ближе 20 км от городов в районе, не подлежащем застройке, с санитарно-защитной зоной не менее 1 км от населенных пунктов и мест постоянного пребывания скота.

Сброс радиоактивных веществ в составе сточных вод запрещен.

Полигоны должны иметь санитарно-защитные зоны: завод по обезвреживанию токсичных отходов мощностью 100 тыс. тонн и более отходов в год - 1000 м; менее 100 тыс. тонн - 500 м; участок захоронения токсичных отходов - не менее 300 м.

Несмотря на то, что человечество более шести десятилетий действует в ядерной сфере, до сих пор не найдено решения, позволяющего полностью утилизировать ядерные отходы. Проблема заключается в том, что радиоактивный мусор остается опасным на протяжении сотен и тысяч лет. К примеру, период полураспада радиоактивного стронция-90 составляет 26 лет, америциума-241 - 430 лет, плутония-239 - 24 тыс. лет. Поэтому любые повреждения хранилищ способны привести к тяжелейшим последствиям.

В России большое количество участков с экстремально высоким уровнем радиации было обнаружено в крупных городах, таких как Москва, Санкт-Петербург, Нижний Новгород, Калининград, Владивосток и др. По данным справочника "За ядерным занавесом: Управление радиоактивными отходами в бывшем СССР", только в Москве за период 1974 по 1994 годы было обнаружено около 1,5 тыс. таких участков. В детском саду неподалеку от Курчатовского института (Москва) была обнаружена песочница, в которой уровень радиации составлял 612 тыс. миллирентген в час. Человек, который провел бы в этой песочнице сутки получил бы такую дозу радиации, которая убила бы его в течение месяца.

В Москве за последние 60 лет, по заявлению руководителя энергетического отдела Гринпис России Владимира Чупрова, скопился большой объем радиоактивных отходов .

Радиоактивные и токсические отходы в советское время, особенно в 40-х и 50‑х годах 20‑го века сваливались в ближайшие московские овраги и затем, с ростом города, на этих местах появлялись жилые и промышленные кварталы. Когда найденные захоронения вскрывали, уже никто не знал, откуда свалка", ‑ сообщил эксперт. В качестве примера он привел ситуацию, связанную рекультивацией одного из земельных участков, расположенного на бульваре Маршала Рокоссовского в Восточном административном округе столицы, где был выявлен радиоактивный могильник. В результате замеров мощности экспозиционного излучения поверхности земли экспертами обнаружены участки вблизи выезда со строительной площадки, с мощностью излучения на поверхности до 43 микрорентген в час (норма мощности внешнего гамма-излучения должна составлять 10‑15 микрорентген в час).

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

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

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

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

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

Определение

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

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

Карта классификаций

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

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

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


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

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

Карта ядерных отходов в России также определяет низкоактивные и высокоактивные:

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

Переработка и утилизация

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

Захоронение

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

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

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

Сжигание

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

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

Цементирование

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

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

Уплотнение

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

Повторное применение

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

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

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

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

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

Объемы

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

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

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