Захоронение радиоактивных отходов

Население планеты постоянно растет и каждый ее житель – потребитель производимых продуктов. Научно-технический прогресс также не стоит на месте, на смену свалкам и мусорным полигонам приходят практичные способы переработки мусора. Однако, существуют особо опасные отходы, которые вырабатываются на предприятиях и жестко регулируются законом. Они несут в себе радиационную опасность и утилизируются особыми способами с соблюдением правил безопасности.

Что понимают под радиоактивными отходами

Человечество за XX век совершило много важных открытий, которые определили некоторые аспекты жизнедеятельности. В том числе, был раскрыт потенциал атомной энергии, которую начали применять для обеспечения энергоснабжения городов и в других сферах науки, медицины и тяжелой промышленности.

В результате такой деятельности начал образовываться ядерный мусор, содержащий в себе разные по опасности элементы. Эти отходы являются конечным этапом переработки добытых в природе веществ посредством атомной энергетики. Их нельзя уже использовать повторно.

По каким критериям отходы относят в категорию радиоактивных

Не каждый радиоактивный мусор можно причислить к классу ядерных отходов. Для четкого разделения были разработаны нормативы, которые различают следующие агрегатные состояния радиоактивных отходов:

• жидкие;
• твердые;
• газообразные.

СанПиН «Нормы радиационной безопасности» указывает на следующее: «К радиоактивным относят только те вещества, у которых активность радионуклидов в любом состоянии превышает допустимую норму».

Нормы показателей определены следующим образом:

1. Для жидких отходов: 0,05 Бк/г – излучение α-частиц, 0,5 Бк/г – излучение β-частиц.
2. Для твердых отходов: 1 Бк/г – излучение α-частиц, 100 Бк/г – излучение β-частиц.

В случаях, когда отходы излучают γ-частицы свыше 10 м3в/ч, считается, что они радиоактивны и опасны для здоровья человека.

Важно

Опасность РАО для экологии и человека

Главная опасность для человека исходит от альфа- и бета-частиц, которые при должной концентрации нарушают работу клеток организма, разрушают иммунитет и приводят к скорой смерти. На расстоянии они не представляют особой опасности, так как их пролет ограничен несколькими метрами. Однако, они вызывают болезни, если попадают в жидкость. Тогда радиоактивные частицы способны нанести вред желудку, легким и печени.

Для экологии радиоактивные отходы несут неисправимый вред, меняя окружающую среду и отравляя почву на многие десятилетия. Всем известен случай на Чернобыльской АЭС, когда произошел невообразимый по масштабам выброс радиации. Вся близлежащая территория ЧАЭС и Чернобыльский лес стали непригодны для проживания людей и животных.

Особенности хранения ядерных отходов

Для размещения РАО разработаны специальные ящики, которые блокируют радиацию и не вступают в реакцию с отходами. Их создают из полиэтилена, свинца и железобетона. Наполненные отходами контейнеры размещаются в сухотарные ящики, которые потом утилизируют в местах размещения РАО.

Различают радиоактивные отходы кратко- и долговременные. Первые распадаются еще при производстве и поддаются последующей переработке. Долгоживущие невозможно обработать современными методами, поэтому их вывозят на полигоны.

Что такое обработка ядерных отходов

Для повышения безопасности экологии и экономичности радиоактивные вещества всячески обрабатывают для:

• уменьшения объема РАО;
• корректировки состава;
• удаления радиационного излучения.

При такой обработке возникает сопутствующий вторичный мусор: фильтры, смолы, радиоактивные осадки. Их тоже следует утилизировать с учетом безопасности для экологии. После процесса обработки некоторые материалы радиоактивного мусора могут быть переработаны для дальнейшего применения.

Методы обработки

Каждая тара с РАО тщательно проверяется на цельность, мощность и производимую дозу излучения. Особо опасные радиоактивные отходы обрабатывают разными методами, цель которых – уменьшить опасность для экологии и человека. В России применяют несколько популярных и эффективных способов.

Трансмутация радиоактивных отходов

Трансмутация – это уменьшение срока жизни радиоактивных нуклидов. Посредством такой обработки, в теории, может выделяться электроэнергия для обеспечения городов. К сожалению, из-за неразвитости современных технологий трасмутация пока невозможна.

Синрок

Под синроком понимают создание особого керамического материала, который способен сдерживать радиационные вещества, и пригоден для последующей переработки. Такой продукт создают в печах под воздействием высокого давления и запредельных температур.

Витрификация или остекловывание

Наиболее эргономичный метод для обработки жидких отходов – витрификация. Процесс заключается в добавлении сахарозы и последующем испарении из материала жидкости. Выпаривают вредные вещества в специальной трубе под действием высоких температур. Получившуюся консистенцию вместе со стеклянными частицами размещают в индукционной печи. После чего, материал помещают в стальные контейнеры, которые транспортируют на хранение.

Особенности переработки радиоактивных отходов

Различается переработка РАО в зависимости от их структуры. Слабоактивные вещества сжигают, дым от горения тщательно фильтруют многоступенчатой системой. Твердые отходы прессуют для уменьшения размера. Жидкие – выпаривают до определенной консистенции, понижая радиоактивный фон паров.

Законы, регламентирующие захоронение радиоактивных отходов в России

Основным законом, регулирующим обработку и транспортировку радиоактивных отходов, является Федеральный закон от 11.07.2011 г. №190-ФЗ «Об обращении с радиоактивными отходами и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации». В нем описаны понятия, классы РАО, полномочия надзорных органов и т.д.

Например, он устанавливает следующие правила по размещению веществ: «Захоронение твердых низкоактивных радиоактивных отходов и твердых среднеактивных короткоживущих радиоактивных отходов может осуществляться только в пунктах приповерхностного захоронения радиоактивных отходов». Игнорирование установленных требований влечет за собой огромные штрафы и отстранение предприятия от деятельности.

Принципы, которых придерживаются при захоронении РАО

Все нормативы при захоронении РАО прописываются в лицензии, которая выдается предприятию государством. Несмотря на установленные правила, находятся организации, нарушающие их и наносящие тем самым вред экологии. Основным принципом при размещении радиоактивных отходов является сохранение природы и использование новейших способов утилизации. При захоронении РАО должны учитываться условия выбранного места, активность веществ и период их полураспада.

Безопасность захоронения ядерных отходов

Различают два типа современных полигонов для размещения радиоактивного мусора:

1. Спецхранилища, в которых мусор может находиться в течение нескольких столетий. Они расположены на дне морей и океанов или в закрытых шахтах.
2. Могильники в выкопанных земных лощинах или на поверхности в обустроенных для этой цели зданиях. В таких условиях радиоактивный мусор может храниться несколько десятилетий.

Для достижения безопасности ко всем местам размещения РАО предъявляются особые требования:

• населенный пункт должен находиться более чем в 20 км от места размещения;
• захоронение обязано быть полностью автономным;
• материалы служебных зданий не должны пропускать радиацию;
• выбор места подразумевает отсутствие грунтовых вод для предотвращения их загрязнения;
• сохранность контейнеров с радиоактивным мусором является приоритетом.

Территории захоронения РАО

Прошедшее все этапы обработки ядерное топливо содержит в себе высокое число продуктов деления. Разогрев происходит до нескольких сотен градусов по Цельсию. Именно поэтому, радиоактивные отходы сначала хранятся в бассейнах атомных станций. Вода поглощает тепло и гарантирует безопасность. Отходы хранятся там несколько лет, после чего отправляются в отведенные места.

Что такое мокрые хранилища радиоактивного мусора

Во время эксплуатации отработанное ядерное топливо сильно разогревается, поэтому его помещают в воду для охлаждения. После чего отходы дезактивируют и направляют в специализированные места. Мокрое хранилище представляет собой выстланный металлом обширный зал, в котором контейнеры с отходами скрыты под двухметровой толщей дистиллированной воды. Такая технология позволяет создать эффективный радиационный заслон. Все процессы автоматизированы для безопасности на станции.

Что представляют собой сухие хранилища

Сухие хранилища состоят из бетонных блоков, которые содержат в себе герметичные карманы для размещения радиоактивных веществ. Охлаждаются холодным воздухом. Такие хранилища относительно дешевле и безопаснее мокрых, они не требуют наличия водоснабжения или электроэнергии. Воздуховоды разработаны по принципу печной тяги.

Контейнер для твердых РАО

Еще один способ размещения РАО – герметичные контейнеры. В них не допускается размещение жидких отходов, а герметичность должна сохраняться даже при высоких или низких температурах. Ящики производят ударопрочными.

Альтернативные способы захоронения радиоактивных отходов

Современные технологии позволяют использовать иные способы переработки радиоактивных веществ. Было разработано немало схем и теорий, которые так и не увидели свет, а некоторые не были разрешены государством.

Помещение радиоактивных отходов в ледниковые щиты

Суть метода заключается в транспортировке самонагревающихся контейнеров с отходами в ледники Гренландии и Антарктиды. Из-за большой температуры они бы сами проделывали дыру в толще льда и опускались на дно. Образование льда создавало бы естественный барьер. Однако, проводимые исследования показали, что такой способ может быть только в теории.

Выброс в космическое пространство

При таком методе отработанное ядерное топливо навсегда отправлялось в космос на орбиту Земли. Такой способ сочли опасным и дорогостоящим. Проблема космического мусора на орбите уже сейчас становится актуальной.

Помещение радиоактивных отработок в зоны подвижек

Идея транспортировки радиоактивных отходов непосредственно в разлом литосферных плит была отвергнута мировым сообществом из соображений безопасности. При таком способе, в теории, РАО тонули бы в толще земли под воздействием потоков лавы и магмы глубоко в океанах.

Помещение в море

Этот способ, в отличие от предыдущих, уже применялся в прошлом Францией, Бельгией и ФРГ. Ядерные отходы вывозились на корабле и сбрасывались в толщу моря в герметичных контейнерах. Спустя несколько лет такой метод захоронения запретили из-за потенциального вреда экологии.

Помещение радиоактивного мусора под морское дно

Еще один нереализованный способ размещения ядерных веществ подразумевал захоронение их под дно моря рядом с необитаемыми островами или малыми участками суши. Амбициозный проект обходился бы слишком дорого и не воплотился в жизнь из-за несовершенства технологий.

Международные проекты по работе с РАО

После холодной войны, в ходе которой был сделан сильный скачок в атомной науке, были разработаны международные проекты, регулирующие вопросы оптимального размещения РАО. Пока, сообщество не добилось единого мнения по вопросу захоронения ядерных отходов. Одним из самых спорных проектов стало строительство единого ядерного могильника на малонаселенных территориях России или Австралии. Однако, проект был раскритикован многими странами и не получит дальнейшей разработки.

Концепция замкнутого ядерного цикла

Эта концепция считается передовой в сфере утилизации ядерных отходов и заключается в повторной обработке отработанного ядерного топлива, которое поступает из реакторов станций. Цикл переработки не ограничен и позволяет повторно использовать получившийся из отходов материал. Таким образом, снижается опасная для жизни добыча урана.

В России установки для замкнутого ядерного цикла разрабатываются РосАтомом. Ведущее ядерное предприятие «Маяк» с помощью лучших ученых страны тестирует оборудование и ведет передовые исследования в этом направлении.

Заключение

Несмотря на постоянное развитие технологий и создание эффективных методов переработки, все еще не был реализован метод для полной и безопасной переработки радиоактивного мусора. Практика развитых стран показывает эффективность отказа от атомной энергии, получая необходимые ресурсы экологическим путем, однако, нераскрытый потенциал ядерной энергии волнует многие государства. Возможно, в будущем, технологии позволят без вреда утилизировать радиоактивный мусор, но сейчас приходится учитывать весь вред для окружающей среды и жизнедеятельности человека.