Обезвреживание и хранение радиоактивных отходов

Надежное, безопасное и эффективное обращение с радиоактивными отходами на конечной стадии топливного цикла — необходимый компонент ядерной индустрии. С проблемой радиоактивных отходов также приходится сталкиваться в различных областях науки, промышленности, медицины, сельского хозяйства, где используются радионуклиды.

Стандарты обращения с РАО включают такие требования, как защита здоровья населения; защита окружающей среды; учёт возможного воздействия на здоровье и окружающую среду вне национальных границ; защита будущих поколений людей; предотвращение чрезмерной нагрузки на будущие поколения; обеспечение соответствующими нормативноправовыми актами; минимизация объёмов образующихся РАО; учёт взаимозависимости различных этапов обращения с отходами; безопасность работы установок по обращению с отходами.

В данной главе мы рассмотрим основные способы переработки, хранения и захоронения различных типов радиоактивных отходов.

Отходы ЯТЦ

Радиоактивные отходы (РАО) — не подлежащие дальнейшему использованию изделия, материалы и вещества, содержащие радионуклиды в количествах, превышающих значения, установленные действующими нормами радиационной безопасности.

Радиоактивные отходы делятся на:

• — низкоактивные (НАО), подразделяются на четыре класса: А, В, С и GTCC (самый опасный));
• — среднеактивные (ОАО);
• — высокоактивные (ВАО).

Табл. 1. Классификация жидких и твёрдых РАО по удельной активности («Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности» (ОСПОРБ 99/2010))._.

В некоторых странах в особую группу выделяют трансурановые РАО. К этому классу относятся отходы, в которые входят а-излучающие ТУЭ, с периодами полураспада >20 лет и концентрацией >юо нКи/г, вне зависимости от их формы или происхождения. Обращение с такими отходами представляет серьёзную проблему.

При классификации РАО учитывается не только тип распада и уровень радиоактивности, но и тепловыделение. У НАО тепловыделение чрезвычайно мало. У САО оно существенно, но активный отвод тепла не требуется. У ВАО тепловыделение настолько велико, что они требуют активного охлаждения.

Табл. 2. Классификация твёрдых радиоактивных отходов по уровню радиоактивного загрязнения.__.

Табл. з. Классификация газообразных радиоактивных отходов.

Табл. 4. Образование отходов на стадиях ЯТЦ.

Отходы радиохимического производства (переработка ОЯТ и наработка нового топлива) содержат продукты деления, испускающие ри у-излучения, а-излучающие актиниды (²34U, ²37Np, ²'*⁸Pu,^Am и др.), а также некоторые изотопы (например, ²s²Cf) склонные к самопроизвольному делению (источники нейтронов).

Радионуклиды широко используются в медицине для клинических диагностики и терапии, а также в биологии. Они применяются в промышленности для контроля качества материалов и изделий, при проведении геологической разведки, в сельском хозяйстве и в домашних устройствах.

(пожарные детекторы дыма). Использование небольших количеств радионуклидов в качестве изотопных индикаторов приводит к образованию радиоактивных отходов низкого уровня. Закрытые источники для облучения материалов в целях изменения их свойств, источники рентгеновского излучения для медицинских целей, радиоизотопные источники света или тепла могут давать высокоактивные отходы.

Многие сырьевые материалы, добываемые в больших масштабах, содержат природные радионуклиды. Переработка полезных ископаемых приводит к накоплению радионуклидов или в продуктах или отходах. Примерами являются производство искусственных фосфатных удобрений и добыча нефти и газа. Производство фосфатных удобрений приводит к годовой коллективной дозе облучения населения Земли, которая более, чем в 12 раз превышает дозу от АЭС. Однако это не представляет реальной опасности, поскольку уран и продукты его распада, содержащиеся в фосфатах дают годовую коллективную дозу, составляющую.

Рис. 1. Динамика изменения активности переработанного ОЯТ.

РАО образуются на всех этапах ЯТЦ.

После добычи и переработки урановой руды остаётся пустая порода, содержащая элементы.

• — а-, р-, у-излучатели (в основном
• — Ra и продукты его распада). На стадии изотопного обогащения образуется обеднённый U, состоящий в основном из ²з⁸и, с содержанием 235и<�о, з%. Он находится на хранении в форме UF6 (отвальный гексафторид урана) или и₃Ов. РАО образуются при работе АЭС, но основные проблемы с отходами возникают на радиохимических заводах, осуществляющих замкнутый топливный цикл.

В результате предыдущей ядерной деятельности (производство плутония для ядерных боеприпасов, переработка топлива транспортных и энергетических реакторов) образовался большой объем радиоактивных отходов РАО: к настоящему времени в России накоплено -470 млн. мз ЖРО и ~74 млн. т ТРО с суммарной активностью 5,8-ю¹⁹ Бк. На предприятиях Росатома ежегодно образуется -5 млн. мз жидких РАО с активностью 2,85-ю¹⁸ Бк и 1 млн. мз твёрдых РАО с активностью 8,9-ю¹⁶ Бк (97% суммарной активности приходится на жидкие отходы). Жидкие ВАО представляют наибольшую опасность, что обусловлено их высокой удельной радиотоксичностыо и наличием долгоживущих радионуклидов.

Радиоактивные отходы обладают принципиальным преимуществом по сравнению с традиционными промышленными отходами: радиоактивные элементы распадаются и самоуничтожаются, тогда как стабильные токсичные элементы существуют вечно. В качестве примера на рис. 1 представлена динамика изменения во времени радиоактивности ОЯТ, подвергнутого радиохимической переработки. Видно, что активность как ПД, так и оставшихся в топливе актинидов падает во времени, но отнюдь не по простой экспоненциальной зависимости (накопление дочерних радиоактивных элементов). Через ю тыс. лет активность упадёт до радиоактивности обычных урановых руд, т. е. будет соблюдён принцип эквивалентности: в земную кору будет возвращена та же активность, что была извлечена из неё при добыче урановой руды.

Рис. 2. Изменение радиотоксичности (мз (НгО/Мг металла)) различных радионуклидов в ОЯТ теплового реактора с водой под давлением (PWR) в процессе его хранения.