Радиационно-экологические аспекты обращения с радиоактивными отходами низкого и среднего уровней активности: На примере Уральского региона

В современном обществе возникла реальная угроза человечеству, обусловленная разрушительным техногенным воздействием на экосистемы. В ряду проблем обеспечения экологической безопасности существенное место занимает проблема радиационной безопасности. Ее важнейшим элементом является обращение с радиоактивными отходами (РАО). Утилизацией РАО низкого и среднего уровня активностей занимается система спецкомбинатов «Радон» Российской Федерации.

Государственное унитарное предприятие — Свердловский специализированный комбинат «Радон» (далее — СГСК «Радон») — входит в централизованную систему региональных спецкомбинатов «Радон» Российской Федерации, образованных в соответствии с постановлением Совета Министров РСФСР № 268-РС от 5 февраля 1964 г. и обеспечивающих весь комплекс работ по обращению с РАО согласно действующим радиационно-гигиеническим нормативам. 35-летний период функционирования спецкомбинатов «Радон» свидетельствует о высокой эффективности их деятельности, как важнейшего экологического аспекта защиты населения и окружающей среды от вредного воздействия радионуклидов. В этой связи представляется актуальным проведение комплексного анализа деятельности одного из региональных спецкомбинатов (СГСК) «Радон», работающих в Уральском регионе.

На основе анализа деятельности СГСК «Радон» рассмотрены проблемы эффективности технологии регионального обращения с радиоактивными отходами (РАО), их контроля и учета, утилизации и захоронения.

В первой главе работы представлен анализ научно-технических принципов обращения с РАО. В ней приведены современные концептуальные подходы к проблеме, рассмотрены основные положения научно-технической политики использования радиоактивных и делящихся материалов, представлены сведения о накоплении РАО в нашей стране и программах государственного уровня по их утилизации. Особое внимание уделено проблеме радиационной безопасности при общении с РАО и, в частности, критериям ее обеспечения.

В рамках общей проблемы выделены аспекты накопления и обращения «малых активностей», используемых в народном хозяйстве, медицине и науке применительно к региональным мегаполисам на примере Уральского региона. Эти вопросы рассмотрены во второй главе работы. В ней представлена комплексная радиоэкологическая характеристика региона. Детально проанализировано использование источников ионизирующего излучения, что позволило выявить масштаб проблемы «малых активностей» на региональном уровне и сформулировать предложения, направленные на улучшение радиоэкологической обстановки.

Основную роль в этом плане играют предприятия по утилизации и хранению РАО и ИИИ системы спецкомбинатов «Радон».

В третьей главе на примере СГСК «Радон» рассмотрены радиаци-онно-экологические проблемы региональной системы обращения с РАО. В ней приведены сведения об объемах и динамике поступления РАО и ИИИ, их нуклидному составу и величине активностей. Особое место занимают данные по наработанным техническим и технологическим решениям утилизации и захоронения и, в этом контексте, эволюция методов обращения с РАО на предприятии.

Важное место при оценке обращения с РАО имеет экономическая эффективность защитных мер по локализации РАО от окружающей среды. Этот вопрос рассмотрен в четвертой главе работы. Проблема экономической эффективности включает два основных момента: оценку предотвращенного ущерба в связи с локализацией РАО и ИИИ и оптимизацию организационно-производственной деятельности предприятия по их утилизации. В работе рассмотрены оба этих аспекта. Региональные предприятия по обращению с РАО, осуществляя природоохранную деятельность, сами являются потенциальными источниками радиационного воздействия на окружающую среду и население в местах их расположения.

В пятой главе диссертации приведены данные по организации системы мониторинга в районе деятельности СГСК «Радон», выполнена оценка радиационной стойкости связующих и защитных материалов на основе бетонов, а также представлены сведения о радиационной обстановке в районе размещения ПЗРО СГСК «Радон».

Результаты проведенных исследований позволили выявить пути решения технико-экономических проблем обращения с РАО, характерных для региональных структур.

Актуальность проблемы.

Обращение с РАО является одной из наиболее сложных технико-экономических и социально-экологических проблем страны. До сих пор не сформирована законодательная база, обеспечивающая обращение с РАО, формирование соответствующих программ на государственном уровне началось только в 90-е годы.

Особую проблему представляет утилизация радионуклидов, используемых в различных отраслях народного хозяйства, медицине и научных учреждениях. И хотя удельная активность таких отходов невелика, «мелкие потребители» многочисленны, локализуются на территории крупных городов и промышленных зон, что повышает риск воздействия на население.

35-летний период функционирования спецкомбинатов «Радон» свидетельствует о высокой значимости^х деятельности, как важнейшего экологического аспекта защиты населения и окружающей среды от вредного воздействия радионуклидов. В этой связи представляется актуальным проведение комплексного анализа деятельности одного из региональных спецкомбинатов — Свердловского государственного специализированного комбината (СГСК) «Радон», работающего в Уральском регионе. Обобщение результатов работ и критический анализ деятельности СГСК «Радон» за период 1964;1998 гг. легли в основу данной работы.

Целью работы является разработка комплекса радиационно-экологических и технологических мер, направленных на повышение эффективности обращения с РАО и обеспечение радиационной безопасности.

Научная новизна. Автором диссертации:

— осуществлен анализ нормативно-правовой базы обращения с РАО и обеспечения радиационной безопасности, обоснован вариант оценки стоимости риска радиационного воздействия;

— представлена комплексная характеристика радиоэкологической обстановки в Уральском регионе, выявлены масштабы и проблемы накопления «малых активностей»;

— обоснованы и разработаны технические мероприятия по совершенствованию способов захоронения и хранения РАО и ИИИ;

— предложена схема автоматизированной информационной системы регионального обращения с РАО и ИИИ;

— произведена оценка эффективности производственной деятельности СГСК «Радон»;

— осуществлена оценка параметров радиолитического газовыделения связующих и защитных материалов на основе бетона и выявлены критерии допустимого их использования;

— разработана система мониторинга радиационной обстановки района размещения пункта захоронения радиоактивных отходов (ПЗРО) СГСК «Радон».

Положения, выносимые на защиту:

— разработаны технические решения по камере для автоматизированной разрядки и бесконтейнерного захоронения штоков с источниками ионизирующего излучения;

— разработана схема автоматизированной информационной системы регионального обращения с РАО и ИИИ, включающая многопараметрическую систему учета динамики их поставки и захоронения;

— определены параметры радиационной стойкости и критерии использования бетона в качестве связующего и защитного материала по радолитическому газовыделению;

— разработана система мониторинга радиационной обстановки в регионе деятельности СГСК «Радон».

Практическая значимость полученных результатов:

— разработанные технические решения, включая камеру автоматизированной разрядки и бесконтейнерного захоронения, используются в деятельности СГСК «Радон» и могут быть использованы на других региональных спецкомбинатах;

— реализация схемы автоматизированной системы обращения с ИИИ будет способствовать улучшению радиационной обстановки в регионе, многопараметрическая система учета динамики их поставки и захоронения используется в производственной практике;

— критерии радиационной стойкости бетонов по газовыделению могут быть использованы при обосновании технологии захоронения у-, р-активных радионуклидов;

— предложенная система мониторинга используется для анализа радиационной обстановки в районе размещения ПЗРО СГСК «Радон».

Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе 5 статей, на региональном и федеральном уровнях.

Основные результаты работы докладывались на международных выставках «Уралэкология» (1996, 1998 гг. — Екатеринбург), на научно-практической конференции «Радиационная безопасность Урала и Сибири» (1997 г. — Екатеринбург), на VIII конференции Ядерного Общества России (1997 г. — Заречный), на региональной научно-практической конференции «Совершенствование защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» (1998 г. -Екатеринбург), на IV Международной конференции клуба «ГТ-МЕ-98» (1998 г. — Украина-Ялта-Гурзуф), на научно-практической конференции по радиационной безопасности Урала и Западной Сибири (1998 г. — Тюмень), на международном симпозиуме «Урал атомный — Урал промышленный» (1998 г. — Екатеринбург).

Структура и объем работ. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов и списка литературы из 141 наименования. Она изложена на 159 страницах печатного текста, включающего 16 рисунков, 32 таблицы и 8 приложений на 43 стр.

Выводы овщие.

1. Выявлены масштабы проблемы накопления «малых активностей» и предложена схема автоматизированного их учета и контроля по полному циклу обращения РАО на примере Уральского региона. Эта схема реализована по отношению к РАО и ИИИ, захороненным на СГСК «Радон».

2. Предложены технические и технологические решения, направленные на повышение эффективности утилизации радионуклидов, в частности, реализована камера автоматизированной разрядки и бесконтейнерного захоронения штоков радиоизотопных приборов с ИИИ, осуществляется раздельное захоронение РАО и ИИИ, в том числе р, уи а-активных, осуществлено включение захороненных ИИИ в металлическую матрицу.

3. С современных научно-технических позиций произведена оценка экономической эффективности деятельности СГСК «Радон».

4. По радиолитическому газовыделению проведена оценка радиационной стойкости связующих и защитных материалов на основе бетонов, представлен анализ радиационной обстановки в районе размещения предприятия.

5. Разработана и реализована система мониторинга района размещения ПЗРО предприятия регионального уровня.

Заключение

.

Результатом систематических исследований автора явился комплекс взаимообусловленных рекомендаций по повышению эффективности и совершенствованию региональной системы обращения с РАО и отработавшими ИИИ в производственно-хозяйственной, научной и социальной сферах.

Основное содержание работы основано на анализе деятельности СГСК «Радон», в значительной мере оно опробовано и реализовано на практике с непосредственным участием автора.

Вместе с тем, обоснование приоритетов потребовало концептуальI ного рассмотрения проблемы обращения с РАО — как одной из составляющих обеспечения устойчивого развития. При этом четко просматриваются два аспекта проблемы:

Наличие научно-технического обоснования радиационной безопасности и недостаточности его нормативно-правовой конкретизации, в том числе отсутствие действующего закона по обращению с РАО. Одним из основополагающих критериев этого обращения является его экономическая эффективность, в ее основе — оценка стоимости риска радиационного воздействия. В работе с современных позиций приведен вариант такой оценки.

Деятельность региональных спецкомбинатов «Радон» является природоохранный. С этих позиций представляется значительным выявление проблемы «малых активностей». Этот вопрос рассмотрен на примере Уральского региона. Даже здесь на фоне аномальных последствий воздействия предприятий ядерного топливного цикла накопление неспецифичных для них РАО и отработавших ИИИ оказывается весьма значимым и, в первую очередь, для селитебных территорий. Автором предложена схема автоматизированного учета ИИИ с момента их поступления в регион и до захоронения включительно, которая частично реализована по отношению к захороненным отходам в системе анализа динамики поставки и захоронения.

Центральное место при региональном обращении с РАО и ИИИ занимают ПЗРО, их инженерное обустройство и привилегии захоронения. На СГСК «Радон» накоплен положительный опыт создания и эксплуатации в промышленных масштабах хранилищ из приповерхностного типа. При участии автора разработана и внедрена в производство камера для автоматизированной разрядки и бесконтейнерного захоронения штоков с ИИИ. Осуществляется раздельное захоронение РАО и ИИИ, причем хранение ИИИ производится дифференцировано с учетом их радиотоксичности и величины периода полураспада. Последнее обстоятельство имеет принципиальное значение при реализации технологий хранения и захоронения.

Анализ динамики эксплуатационных затрат СГСК «Радон» в целом свидетельствует о совершенствовании технологий, используемых на предприятии. Результативность утилизации радионуклидов определяется предотвращенным ущербом. Представленные в работе по различающимся методикам оценки свидетельствуют о высокой экономической эффективности работ по обращению с РАО и ИИИ на региональном уровне. В этом плане заслуживает внимания предложенная автором структура услуг по выполняемым работам, которая раздельно рассматривает проблемы хранения накопленных отходов и вопросы обращения при их поступлении на ПЗРО.

Выполняя природоохранную функцию, ПЗРО сам является источником радиационной опасности. Анализ радиационной обстановки в районе размещения ПЗРО СГСК «Радон» свидетельствуют об отсутствии заметного влияния предприятия на окружающую среду. Решающую роль в этом плане имеет состояние и динамика защитных и связующих материалов.

Использование свинцовой заливки при бесконтейнерном захоронении ИИИ позволило улучшить радиационную обстановку в спецхранилище. Анализ радиационного газовыделения из материалов на основе бетона подтверждает возможность его использования по этому параметру для захоронения (3-унуклидов.

Важнейшими в обеспечении условий обращения с РАО имеет организация контроля радиационной обстановки. Автором разработана и реализована с его участием система многофакторного радиоэкологического мониторинга района размещения регионального предприятия СГСК «Радон».

Перспективы развития СГСК «Радон», равно как и всей системы спецкомбинатов системы «Радон» Российской Федерации, будут определяться в ближайшие годы «Концепцией формирования структуры системы нормативных документов, регламентирующих обеспечение радиационной безопасности при обращении с радиоактивными отходами» [69].

Важную роль в решении стоящих задач по обезвреживанию РАО должна сыграть реализация федеральной целевой программы «Обращение с радиоактивными отходами и отработанными ядерными материалами, их утилизация и захоронение на 1996;2005 годы, включающая совершенствование организационной, экономической и научно-технической деятельности спецкомбинатов «Радон». Для выполнения указанных мероприятий предусмотрено выделение финансирования на систему спецкомбинатов «Радон» в объеме 965.8 миллиарда рублей в ценах 1996 года. На Свердловском спецкомбинате «Радон» должно быть построено спецхранилище РАО с объемом захоронения на 1000 м³, внедрены комплексы для прессования и сжигания РАО низкой м средней активности.

С целью повышения экологической безопасности хранения и захоронения РАО в МосНПО «Радон» разработана [69, 74, 98] принципиально новая конструкция заглубинного могильника. Новая конструкция представляет собой вертикальную скважину большого диаметра (СБД), сооружаемую в толще низкопроницаемых пород (глины, суглинки). Проработано 3 модификации хранилищ заглубинного типа.

Результатом работ, выполненных в 1997 г при сооружении головной скважины-емкости, явилось идентичное подтверждение возможностей создания в глинистых отложениях хранилищ РАО типа СБД с высокой степенью надежности. Проведен технико-экономический анализ с целью обоснования оптимальных размеров строительства скважин-емкостей.

Конечной целью обращения с РАО может быть только окончательная безопасная изоляция от человека и окружающей среды.

В связи с этим безопасность пунктов хранения (хранилищ радиоактивных отходов), предназначенных для длительного хранения (захоронения) РАО должна быть обеспечена на длительный срок, измеряемый от сотен лет до десятков тысяч и миллионов лет (в зависимости от значения периода полураспада содержащихся в РАО радионуклидов). Эта безопасность не может основываться на возможности проведения в отдаленном будущем не только корректирующих вмешательств, но, в ряде случаев, и контроля за состоянием окружающей среды в зоне потенциального радиационного воздействия хранилищ радиоактивных отходов. Определяющая роль в изоляции долгоживущих радиоактивных отходов практически во всех технологиях хранения/захоронения должна быть отведена природным (естественным) защитным барьерам.

В объединенной конвенции о безопасности обращения с отработавшим топливом и о безопасности обращения с радиоактивными отходами" установлено понятие — закрытие хранилища радиоактивных отходов — завершение всех операций после помещения в него радиоактивных отходов. Оно включает окончательные, инженерно-технические или другие работы, необходимые для приведения хранилища в состояние, которое будет оставаться безопасным в течение продолжительного времени. Кроме того, вывод из эксплуатации предусматривает все меры по освобождению из-под регулирующего контроля. Такие меры включают процессы дезактивации и демонтажа.

При этом необходимо предусмотреть проведение оценки безопасности хранения (захоронения) радиоактивных отходов.

Эта оценка должна основываться в основном на прогнозе радиационных последствий и должна охватывать весь временной период потенциальной опасности радиоактивных веществ, содержащихся в РАО.