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))._

Удельная (объёмная) активность, Бк/кг (Бк/л)

Категория отходов

р--,у-

излучающие

НУКЛИДЫ

а-излучающие нуклиды (исключая трансурановые)

Трансурановые

радионуклиды

Низкоактивные

Менее ю6

Менее ю5

Менее ю4

Среднеактивные

От Ю6 ДО 10 ю

От 105 ДО 10ю

От 104 до ю8

Высокоактивные

Более 10ю

Более ю9

Более ю8

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.__

Категории РАО

Мощность экспозиционной дозы, Р/ч

Вид доминирующего излучения

ci-

излучатели,

Ки/кг

Р-

излучатели,

Ки/кг

Мощность дозы у- излучения (одм от поверхности), Гр/ч

Низкоактивные

ниже 0,2

2-10*7 - 10*5

2106 - 10’4

3 Ю‘7-3 10-4

Среднеактивные

0,2 - 2

10-5 - ю-2

10-4 _ Kyi

3 10-4 - Ю-2

Высокоактивные

выше 2

выше Ю’2

выше кг1

выше IQ'2

Табл. з. Классификация газообразных радиоактивных отходов

Категории РАО

Объемная активность, Ки/мЗ

Низкоактивные

ниже кг10

Среднеактивные

10 ю - Ю"6

Высокоактивные

выше Ю"6

Табл. 4. Образование отходов на стадиях ЯТЦ.

Стадия ЯТЦ

Категории отходов

Объем отходов, м3/год на 1 ГВт

Добыча и обработка руды

Урановые хвосты и низ-

254-30° м3 на

коактивные отходы

1 Т U3O2

Конверсия

Низкоактивные отходы

33-П2

Обогащение

Низкоактивные отходы

39

Изготовление топлива

Низкоактивные отходы

3-9

Эксплуатация реактора

Низкоактивные отходы

86-130

Среднеактивные отходы

22-33

Промежуточное хранение топлива

Низкоактивные отходы

2

и перевод на сухое хранение

Среднеактивные отходы

0,2

Переработка топлива с удалением

Низкоактивные отходы

70-95

отходов (замкнутый ЯТЦ)

Среднеактивные отходы

20-32

Высокоактивные отходы

3-4

Капсулирование и окончательное

Низкоактивные отходы

0,01 МЗ/т

удаление топлива (открытый

Среднеактивные отходы

0,2 МЗ/т

ЯТЦ)

Высокоактивные отходы

1,5 мз/т

Вывод из эксплуатации:

установок по конверсии

Низкоактивные отходы

92

установок по обогащению

Низкоактивные отходы

5

линий по производству ТВС

Низкоактивные отходы

6

реактора

Низкоактивные отходы

1754-230

Среднеактивные отходы

9

установок по переработке топлива

Низкоактивные отходы

5

и остекловыванию отходов

Среднеактивные отходы

о,8

Отходы радиохимического производства (переработка ОЯТ и наработка нового топлива) содержат продукты деления, испускающие р- и 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 радиоток- сичностыо 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.

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

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

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >