Хранение радиоактивных отходов в России - OXFORDST.RU

Хранение радиоактивных отходов в России

Места захоронения радиоактивных отходов в России

Развитие технологий и науки позволяет жителям современного мира пользоваться любыми благами цивилизации. Впоследствии из-за быстрого прогресса ежегодно образуются миллионы тонн различных отходов.

Наиболее опасными и вредными являются радиоактивные отходы (РАО). Они возникают в процессе использования атомной энергии и несут гибель всем живым организмам на планете. В связи с этим захоронение радиоактивных отходов необходимо производить по всем правилам.

  1. Радиоактивность как свойство химических элементов
  2. Виды ядерного излучения
  3. Способы утилизации отходов
  4. Обработка ядерного мусора
  5. Места захоронения отходов
  6. Могильники РАО в России

Радиоактивность как свойство химических элементов

О свойстве радиоактивности впервые заговорили в XIX веке, когда изучением этого явления занимались Пьер и Мария Кюри, а также Антуан Анри Беккерель. Было выявлено, что радиоактивным излучением обладают уран, торий, радий и полоний.

После детального изучения химических элементов выяснили, что каждый из них имеет больший или меньший индекс радиоактивности. По мере развития науки учёные стали использовать энергию, выделяемую при распаде атома, в различных целях.

Это поспособствовало изобретению прибора для измерения уровня радиации. Несмотря на многолетний опыт использования ядерной энергии в медицине, науке и промышленности, вопрос об утилизации радиоактивного мусора стал остро обсуждаться лишь в последние годы.

Виды ядерного излучения

Во время работы с энергией атома образуется масса израсходованного материала, который больше не подлежит применению в какой-либо области. Тем не менее отходы продолжают излучать радиацию, что требует особых мер по их утилизации.

Единственным материалом, который можно переработать и использовать повторно, является ядерное топливо. Радиоактивный мусор может существовать во всех агрегатных состояниях и иметь различное происхождение. Некоторые из них возникают при добыче нефти и газа, другие — во время медицинских исследований.

В связи с этим выделяют несколько категорий радиоактивности:

  • низкоактивные;
  • среднеактивные;
  • высокоактивные;
  • трансурановые.

Способы утилизации отходов

Многие годы утилизация радиоактивных остатков производства не считалась важным вопросом. Их просто сбрасывали в окружающую среду. Однако позже выявили, что радиоактивные изотопы могут оседать и накапливаться в воздухе и почве.

Это явление приняли на рассмотрение, так как стало возможным отравление радиацией большого количества людей через продукты сельского хозяйства, выращенные на заражённых землях. В наши дни существует масса вариантов утилизации мусора, при которых вред для человека снижен до минимально возможных показателей:

  1. Остеклование (витрификация). Способ преобразования радиоактивных отходов в инертную массу, которую запечатывают в контейнеры и хранят в отдельных помещениях.
  2. Синрок. Разработанный австралийскими учёными метод нейтрализации излучения путём обработки специальным химическим соединением.
  3. Трансмутация. Снижение активности ядерного утиля в особых реакторах, во время которого выделяются остатки энергии. Их можно использовать повторно, поэтому такой метод является многозадачным.
  4. Компактирование — метод сдавливания мусора под прессом. Не подходит для легковоспламеняющихся материалов.
  5. Суперкомпактирование — уплотнение спрессованных РАО для сокращения их количества.
  6. Цементирование — заливка радиоактивного утиля цементной смесью. Этот способ считается самым простым и дешёвым.
  7. Битумирование — добавление жидких РАО в состав битума.
  8. Выброс отходов в космос. Хотя, на первый взгляд, такой способ несёт меньше всего опасности для планеты, заражённое космическое пространство рано или поздно начнёт негативно воздействовать на земную атмосферу, что приведёт к катастрофе.

Обработка ядерного мусора

Прежде чем вывозить отработанные материалы на завод по их утилизации и переработке, предприятие, на котором они были произведены, должно их отсортировать и поместить на временное хранение. Только после тщательной упаковки в соответствии с нормами перевозки радиоактивного мусора его увозят на завод.

Завод выбирают в зависимости от вида материалов и обращения с ними. Так, высокоактивные РАО в 95% случаев подвергаются переработке, а в оставшихся 5% их контейнируют и запечатывают в скалах и скважинах. Отходы средней и низкой активности обрабатывают различными способами, которые зависят от их агрегатного состояния:

  1. Газообразные РАО адсорбируют при помощи химических соединений, улавливающих радиацию.
  2. Жидкие (в соответствии с концентрацией соли) — битумируют, остекловывают, контейнируют и цементируют.
  3. Жидкие отходы органического происхождения сжигают в печах, адсорбируют и обрабатывают термохимическими составами.
  4. Твёрдые РАО подвергаются кислотному разложению, плазменному сжиганию, спрессовыванию, плавлению или контейнированию.
  5. Одежду, бытовой мусор, бумагу, металл, которые находились под радиационным воздействием, сжигают в печах, а оставшийся пепел цементируют.

Места захоронения отходов

Цель любого вида переработки — уменьшение объёма отходов путём приведения их в твёрдое состояние. После этого их упаковывают и перевозят для захоронения в специальных могильниках, которые находятся в различных местах:

  1. Глубоководное захоронение ядерных отходов проводят на морской глубине более 1000 м.
  2. Океанические осуществляются путём расположения контейнеров в осадочных породах океанического дна на глубине несколько тысяч метров.
  3. Геологическому захоронению подвергают высокоактивные РАО или отходы с долгим сроком распада. Их размещают в сооружениях, образованных в горной породе, которые располагаются на глубине в сотни метров. Во избежание заражения радиацией пригодных для жизни земель, в последнее время «мусор» было решено закапывать в урановые рудники, тем самым превращая их в радиоактивные могильники.
  4. Приповерхностное захоронение производят в неглубоких шахтах и инженерных сооружениях на поверхности земли.

Могильники РАО в России

В России ядерные отходы перерабатывают на заводах, оснащённых всей необходимой техникой и оборудованием. Из 5 миллионов тонн РАО, ежегодно производимых на территории страны, обработке и захоронению подвергают 3 миллиона тонн. К 2025 году планируется утилизировать более 89% отходов способами, которые минимально вредят человеку и окружающей среде.

Места захоронения радиоактивных отходов в России были образованы ещё в советские времена, когда активно разрабатывалось оружие в военных целях. Самыми известными могильниками радиоактивных отходов считаются озеро Карачай, река Теча и город Озёрск. В нём на заводе «Маяк» разрабатывалось оружие на основе плутония.

Несмотря на то что российское законодательство регламентирует нормы утилизации радиоактивных отходов, эта область является крайне спорной. В России нет большого количества кладбищ радиоактивных отходов, а их наполняемость не так велика. Кроме того, контролировать нормативность утилизации очень сложно, в связи с тем, что нет общей системы управления этим процессом.

Правильная утилизация радиоактивного мусора поможет не только поддержать здоровье человека, но и сохранить хрупкий природный баланс Земли. В связи с этим его уничтожение представляет собой один из наиболее важных вопросов на сегодняшний день.

Не только Средний Урал. Карта изоляции радиоактивных отходов в России

В Новоуральске в настоящий момент действует первый в стране пункт приповерхностного захоронения радиоактивных отходов (ППЗРО) 3 и 4 классов опасности. В планах Национального оператора по обращению с радиоактивными отходами (ФГУП «НО РАО») создать еще два аналогичных пункта, гораздо увеличенных в объемах по сравнению с новоуральским соседом.

В общей сложности в стране на данный момент действует четыре пункта финальной изоляции для разной классификации РАО. «АиФ-Урал» рассказывает, в каких точках предусмотрены эти объекты.

Первый в России

Новоуральский ППЗРО был введен в эксплуатацию в ноябре 2016 года. Действующее хранилище (карта №10) объемом в 15 тысяч куб.м представляет собой углубление в земле до 7 метров, где по периметру создана железобетонная конструкция длиной 140 и шириной 24 метра. В составе системы инженерных барьеров предусмотрен подстилающий экран из железобетонного основания, а также специальной глины, которая не позволяет радионуклидам выходить за пределы конструкции. Стены хранилища – это еще один барьер безопасности из специального железобетона. Их толщина составляет 70 см. Внутри хранилище заполняется специальными контейнерами, внутрь которых помещены металлические бочки с прессованными РАО. Полости внутри контейнеров заполняются бетонитом. Им же заполняются полости между контейнерами после загрузки в хранилище, что обеспечивает еще один уровень защиты.

По соседству с «десятой» картой начата вторая очередь строительства ППЗРО в Новоуральске. Это два хранилища с объемами по 16,3 тысяч куб.м. и одно – объемом 6,5 тысяч куб.м.

Особенность долговременного хранения в отличие от временного заключается в том, что радиоактивные отходы (в данном случае РАО 3 и 4 классов) изолируются на весь период их потенциальной опасности – в течение 300 лет они будут храниться в закрытом виде до полного полураспада. За этот период НО РАО должно осуществлять наблюдение за объектом, который прикроют «зеленой лужайкой» в 2036 году после окончания его эксплуатации.

  • Местоположение – ЗАТО Новоуральск (Свердловская область), санитарно-защитная зона Уральского электрохимического комбината (АО «УЭХК» – одно из крупнейших предприятий России по обогащению урана для атомных электростанций).
  • Общий объем захоронения РАО 3 и 4 классов – 55 000 куб.м.
  • Производительность объекта по захоронению РАО 3 и 4 классов – 4 500 куб.м. в год.
  • Начало эксплуатации первой очереди – 2016 год.
  • Начало строительства второй очереди – 2018 год.
  • Период эксплуатации – 20 лет.
  • Окончание строительства всех очередей – 2022 год.
  • Закрытие объекта – 2036 год.

Младшие «братья»

В проекте приняты необходимые инженерные барьеры с вмещающими горными породами, которые обеспечат долговременную безопасность объекта. По аналогии с Новоуральском здесь будут «хоронить» РАО 3 и 4 класса опасности.

  • Месторасположение – ЗАТО Северск (Томская область).
  • Общий объем захоронения РАО 3 и 4 классов – 140 000 куб.м.
  • Производительность объекта – 10 000 куб.м. в год.
  • Начало строительства – конец 2019 года.
  • Начало эксплуатации первой очереди – 2022 год.
  • Период эксплуатации – 14 лет.
  • Окончание строительства всех очередей – 2030 год.
  • Закрытие объекта – 2032 год.

ППЗРО в Озерске. В Озерске, как и Северске, планируют начать строительство пункта финальной изоляции в конце 2019 года и ввести его в эксплуатацию также в 2022 году. Но данный объект НО РАО намерены эксплуатировать 15 лет, а общий объем радиоактивных отходов значительно превышает предыдущие два объекта – 225 тысяч куб.м.

Объект располагается в Челябинской области в зоне знаменитого комбината «Маяк» (ФГУП «ПО «Маяк» – предприятие по производству компонентов ядерного оружия, изотопов, хранению и регенерации отработавшего ядерного топлива, его утилизации и других РАО). Летом этого года в НО РАО провели общественные слушания по строительству ППЗРО.

  • Местоположение – ЗАТО Озерск (Челябинская область).
  • Общий объем захоронения РАО 3 и 4 классов – 225 000 куб.м.
  • Годовая производительность – 15 000 куб.м.
  • Начало строительства – конец 2019 год.
  • Начало эксплуатации первой очереди – 2022 год.
  • Период эксплуатации – 15 лет.
  • Окончание строительства всех очередей – 2030 год.
  • Закрытие объекта – 2036 год.
Читайте также  Измельчитель бумаги своими руками

Сливы с прошлого века

Кроме приповерхностного захоронения РАО (до 100 метров под землей), существует и глубинное – безопасное размещение жидких радиоактивных отходов в пунктах глубинного захоронения (ПГЗ ЖРО) на глубинах от 300 до 1 500 метров. Оказывается, такая практика применяется еще с 60-х годов прошлого века. С 2012 года в России эти захоронения были переданы НО РАО, который эксплуатирует три пункта финальной изоляции ЖРО: Железногорск (Красноярский край), Северск (Томская область) и Димитровград (Ульяновская область). Все объекты планируется начать выводить из эксплуатации в 2025 году.

ПГЗ ЖРО в Димитровграде. В подземные слои полигона в Димитровграде, располагающегося на территории Научно-исследовательского института атомных реакторов (АО «ГНЦ НИИАР») размещают жидкие РАО 5 класса с 1966 года. С 2011 года полигон эксплуатируется НО РАО.

Изолируемые жидкие радиоотходы представляют собой водный теплоноситель контуров реакторных установок и бассейнов выдержки тепловыделяющих сборок, растворы и обмывочные воды после дезактивации горячих камер радиохимических и материаловедческих лабораторий, производственных помещений и спецодежды АО «ГНЦ НИИАР».

ПГЗ ЖРО в Северске. Действительно, в Томской области к финальной изоляции готовятся не только твердые РАО 3 и 4 класса опасности, но и жидкие – для глубинной изоляции. Такие РАО в Северске «хоронят» на специальном полигоне на территории Северского химического комбината. В данном случае под землей размещаются отходы радиохимического, сублиматного, разделительного, химико-металлургического производств комбината.

Полигон эксплуатируется с 1963 года. В подземные слои закачиваются жидкие радиоактивные отходы 5 класса. Его эксплуатация заканчивается в 2025 году.

Закачиваемые ЖРО представляют собой отходы радиохимической переработки облученных материалов (накопленные в предшествующие годы), декантаты, образующихся при распульповке емкостей-хранилищ ЖРО, отходы дезактивации оборудования и помещений, а также отходы, образующиеся при регенерации установок очистки водных сред, используемых в технологических процессах действующих производств ФГУП «ГХК».

Полигон эксплуатируется с 1967 года. В подземных слоях изолируются жидкие радиоактивные отходы 5 класса. Эксплуатация тоже рассчитана до 2025 года.

В глубине сибирских руд

К 2025 году в Нижнеканском скальном массиве в 6 км от Железногорска в Красноярском крае планируется построить подземную лабораторию, где начнутся исследования по 150 направлениям. И только после подтверждения долговременной безопасности размещения РАО 1 и 2 классов опасности в глубинных формациях этого участка, может быть принято решение о создании здесь пункта финальной изоляции для данных РАО.

Весной этого года здесь начато строительство ЛЭП для создания лаборатории и ее дальнейшей работы.

  • Местоположение – 6 км от Железногорска (Красноярский край). Объект будет расположен в Нижнеканском скальном массиве (НКМ) в гнейсовых породах на глубинах 450-525 метров.
  • Начало подготовительных работ – 2018 год.

Захоронение высокорадиоактивных отходов в России

Я уже рассказывал о том, как занимаются ядерным наследием, т.е. накопленными ядерными проблемами прошлого века в виде, например, атомных подлодок, озер с радиоактивными отходами (РАО), промышленных реакторов. Но самой опасной с радиационной точки зрения штукой и в мирной и в военной атомных программах является облученное (или отработанное) ядерное топливо (ОЯТ) – то, что выгружают из реакторов. И при его переработке образуются самые высокоактивные РАО. Об их захоронении этот пост.


Схема пункта захоронения высокоактивных РАО в Красноярском крае. Источник.

Источники и виды РАО

Помимо основной массы непрореагировавшего урана, на каждую тонну ОЯТ приходится до 10 кг плутония и до 20-30 кг осколков деления – новых радиоактивных элементов, образовавшихся в результате деления ядерного топлива. Этот ядерный компот не только чрезвычайно химически токсичен, но и является настолько мощным источником излучения, что может убить человека буквально за минуты. При этом само ОЯТ в нашей стране, как и в некоторых других, не считается отходом (хотя это не везде так), поскольку в России принята стратегия постепенного перехода на замкнутый ядерный топливный цикл с переработкой ОЯТ и выделением из него урана и плутония для последующего вторичного использования.

Однако при переработке ОЯТ образуются самые высокоактивные отходы, которые содержат как продукты деления, так и долгоживущие трансурановые элементы. Всего РАО по российской классификации делятся на несколько классов:


Классификация РАО. Источник

Так вот, при переработке ОЯТ образуются самые опасные из них — 1-го (высокоактивные отходы с высоким тепловыделением) и 2-го класса (высоко- и среднеактивные отходы с низким тепловыделением). Переработка каждой тонны ОЯТ дает десятки кубометров высокоактивных жидких отходов. Перерабатывают их пока только на ПО «Маяк» путем остекловывания. Сейчас на временном хранении там накопилось около 7000 м3 таких остеклованных отходов, в которых заключено более 700 млн Ки активности. Про остекловывание ВАО на Маяке можно посмотреть вот этот репортаж:

По действующему законодательству все РАО должны отправляться на окончательное захоронение. Созданием таких пунктов захоронения РАО (ПЗРО) с 2011 года занимается специальная организация — Национальный оператор по обращению с РАО. Уже введен в строй первый пункт ПЗРО в Новоуральске, строятся еще несколько пунктов вблизи мест образования и временного хранения РАО (В Озерске, Северске и др). Но все эти ПЗРО рассчитаны на РАО 3 и 4 классов – средне и низкоактивные отходы. Для них достаточно создать приповерхностные хранилища, в которых радионуклиды распадутся естественным образом за 400-500 лет.

В поисках надежного места

А как быть с отходами 1 и 2 классов, которые будут распадаться еще тысячи и миллионы лет? Для них нужно построить такое хранилище, которое позволит локализовать отходы в одном месте в течение такого длительного срока. Но у людей попросту нет опыта строительства чего-либо, рассчитанного на такой срок службы. Даже египетским пирамидам всего несколько тысяч лет.

Поэтому в мире принят подход по поиску чего-то надежного, что создано гораздо лучшим строителем и изобретателем – самой природой. Речь о подземных геологических породах, сохраняющихся миллионы лет. Интересно, что природа уже дала людям подсказки, что такой способ захоронения РАО в принципе реализуем. Около 2 млрд лет назад «работал» известный ядерный реактор в урановом месторождении Окло в Габоне, в Африке. Естественная цепная реакция привела к образованию того же типа радиоактивных отходов, как и в искусственных ядерных реакторах. Исследования показали, что большинство продуктов деления, а так же плутоний, переместились не более чем на 1,8 м от того места, где они сформировались 2 млрд лет назад.

Но прежде чем организовать такого рода искусственное хранилище, надо изучить предполагаемые места их размещения и убедиться, что они для этого подходят. Для этого сначала на месте будущего глубинного ПЗРО (ПГЗРО), или независимо от него, строят подземную исследовательскую лабораторию (ПИЛ). Подобных лабораторий в мире существует около трех десятков, а некоторые уже функционируют как пункты глубинного геологического захоронения, например, опытная установка по изоляции трансурановых РАО WIPP в США (соляные формации на глубине 650 м) и пункт захоронения короткоживущих НАО и САО в Венгрии, сооруженный на глубине 250 м в гранитных породах. Однако подобных сооружений, предназначенных для дальнейшего захоронения высокоактивных отходов, на 2015 год было всего 4:


Статус сооружения глубинных лабораторий и пунктов захоронений для высокоактивных отходов на 2015 г. Источник.


Схема подземного хранилища ОЯТ Онкало в Финляндии — одного из самых первых и наиболее продвинутых подобных хранилищ. Подробнее о нем можно почитать в посте у tnenergy

В России сейчас пока нет ПГЗРО для опасных отходов, но работы по его созданию ведутся давно. И сейчас уже начато строительство подземной лаборатории. Место для нее начали выбирать еще с начала 1990-х. Как и с другими видами РАО, подходящие места для пунктов финальной изоляции подыскивались вблизи объектов образования отходов для сокращения транспортных операций. Поскольку отходы 1-го и 2-го класса образовывались в основном при переработке ОЯТ, т.е. на комбинатах «ПО «Маяк», ФГУП «ГХК», и АО «СХК» (там, где работали промышленные реакторы), то рассматривались площадки рядом с ними. Подходящее место нашлось возле Горно-химического комбината в Нижнеканском массиве (НКМ) скальных пород, в 6 км от города Железногорска и в 4,5 км от реки Енисей. Немаловажным оказался и сам факт длительной эксплуатации подземного Горно-химического комбината. Но еще важнее то, что именно на ГХК уже создано хранилище ОЯТ ВВЭР-1000, а в будущем тут планируют построить масштабный завод РТ-2 по переработке этого ОЯТ, так что в будущем ПГЗРО будет как раз вблизи места образования высокоактивных РАО.


Площадка для подземной исследовательской лаборатории в Нижнеканском массиве.

В 2008-2011 для обоснования строительства ПИЛ пробурили геологоразведочные скважины глубиной до 700 метров. Возможность размещения пункта, прежде всего, зависит от геологических условий. Среда должна быть малопроницаемой – это может быть глина, соль, непористые скальные породы. В Финляндии и Швеции, например, подобные ПЗРО разместили в скальных породах, во Франции – в глинах. В НМК геологическая среда — горная порода гнейс, возрастом более 2,5 млрд лет в виде цельного массива размером полтора на полтора километра.

Подземная исследовательская лаборатория
Подземная исследовательская лаборатория будет представлять из себя сеть подземных сооружений на глубине 450-550 метров и будет включать в себя:

  • три вертикальных ствола (технологический для спуска РАО, а на этапе стройки — для подъема породы, вспомогательный – для спуска работников, третий — вентиляционный.), два из которых будут иметь диаметр 6 и 6,5 метров;
  • горизонтальные выработки, оконтуривающие площадь будущего размещения подземных сооружений ПГЗРО для захоронения РАО на горизонте 450 м;
  • исследовательские выработки НКМ-лаборатории на горизонтах глубиной 450 и 525 метров;
  • дополнительно на горизонте 450 метров создается поперечная выработка для исследований массива горных пород внутри площади будущего размещения подземных сооружений ПГЗРО.


Схема ПИЛ

РАО 1-го класса планируется захоранивать в вертикальных скважинах глубиной 75 метров, в толстостенных пеналах, с мощным бентонитовым барьером. РАО 2-го класса – в штабелях контейнеров в горизонтальных подземных выработках. Однако загрузка РАО начнется не раньше, чем через 10 лет.

До этого надо построить ПИЛ и провести в ней поэтапные исследования по 150 направлениям – это и дополнительные исследования пригодности горных пород для безопасного глубинного захоронения долгоживущих РАО, исследование свойств системы инженерных барьеров, созданных человеком, отработка транспортно-технологических схем строительства и эксплуатации объекта. Часть работ будет идти параллельно со строительством ПИЛ. Курировать проведение исследований будет Институт проблем безопасного развития атомной энергетики РАН.

Читайте также  Технологический процесс изготовления бумаги


Вид на стройплощадку ПИЛ в 2019 году. Источник.

Строительные работы начались на объекте в 2018 году. Сейчас они ведутся на поверхности, идет выравнивание площадки, строительство наземных объектов, ведётся подготовка к горнопроходческим работам. Буровые работы начнутся в следующем году, после завершится строительство энергетического комплекса мощностью 40 МВт. На каждый ствол при проходке потребуется около 4 МВт, так что мощности будут с запасом. С началом бурения начнутся и исследования.

Помимо ПИЛ создается наземный Демонстрационно-исследовательский центр (ДИЦ). В нем будут тренироваться работать с оборудованием по обращению с РАО, с его упаковками и транспортными контейнерами, с системами контроля, а также работать с общественностью и экспертами. Т.е. это будет своего рода наземный офис ПИЛ.

Завершить создание ПИЛ планируют в 2026 году. Затем еще в течение минимум 5 лет буду идти исследования, однако планы могут сдвинуться, т.к. объект уникальный и заранее запланировать все нельзя, а ответственность огромная. Зарубежная практика такова, что исследования на подобных объектах идут минимум 10-20 лет. Плюс в том, что мы можем частично использовать чужой опыт.

После проведения всех исследований, где-то в 2030-х, начнется поэтапное строительство собственно пункта захоронения, а затем и его эксплуатация. Конечно, лишь в случае, если исследования подтвердят, что место пригодно для захоронения РАО 1-го и 2-го классов. Если нет, то его можно будет перепрофилировать под хранение менее долгоживущих отходов.

Цена вопроса

Как и большинство программ по атомному наследию, работы по созданию ПИЛ и ПГЗРО ведутся в рамках федеральной целевой программы «Обеспечение ядерной и радиационной безопасности на 2016-2020 годы и на период до 2030 года» (ФЦП ЯРБ-2). Бюджет проекта по созданию ПИЛ составляет 24 млрд рублей. По федеральному закону «Об обращении с РАО. » от 2011 года отходы поделены на федеральную собственность (то что накоплено до 2011) и собственность производителей РАО. Собственники отходов в будущем будут сдавать их на захоронение на платной основе, при этом текущие тарифы составляют около 1,4 млн. рублей за 1 м3 РАО 1-го класса и около 600 тыс. р. за 1 м3 РАО 2-го класса.

Использованные источники и полезные ссылки по теме:

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.

Отработавшая тепловыделяющая сборка реактора (типичный твердый радиоактивный отход)

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.

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.

Читайте также  Прием вторичного полиэтилена

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.

Атомный могильник: как хранят радиоактивные отходы.

По‑настоящему пугающих отходов атомная энергетика производит немного. Самые активные и опасные радионуклиды содержит отработавшее ядерное топливо (ОЯТ): тепловыделяющие элементы и сборки, в которые они помещаются, излучают даже сильнее свежего ядерного топлива и продолжают выделять тепло. Это не отходы, а ценный ресурс, в нем содержится немало урана-235 и 238, плутоний и ряд других изотопов, полезных для медицины и науки. Все это составляет более 95% ОЯТ и с успехом извлекается на специализированных предприятиях — в России это прежде всего знаменитое ПО «Маяк» в Челябинской области, где сейчас внедряется третье поколение технологий переработки, позволяющее вернуть в работу 97% ОЯТ. Уже скоро производство, эксплуатация и переработка ядерного топлива замкнутся в единый цикл, не выдающий практически никаких опасных веществ.

Холодно: переработка.

Самые большие экологические ошибки, связанные с атомной промышленностью, были сделаны в первые годы существования отрасли. Еще не представляя всех последствий, сверхдержавы середины ХХ века спешили опередить конкурентов, полнее овладеть силой атома и обращению с отходами не уделяли особого внимания. Однако результаты такой политики стали очевидны довольно скоро, и уже в 1957 году в СССР приняли постановление «О мероприятиях по обеспечению безопасности при работах с радиоактивными веществами», а год спустя открылись первые предприятия по их переработке и хранению.

Часть из предприятий действует до сих пор, уже в структурах Росатома, и одно сохраняет свое старое «серийное» название — «Радон». Впрочем, к их услугам прибегают не только атомщики: радиоактивные вещества применяются для самых разных задач, от лечения рака и биохимических исследований до производства радиоизотопных термоэлектрических генераторов (РИТЭГов). И все они, отработав свое, превращаются в отходы.

Для перевозки и хранения РАО используются специальные контейнеры: в зависимости от активности и вида излучения они могут быть железобетонные, стальные, свинцовые или даже из обогащенного бором полиэтилена. Обработку и упаковку стараются производить на месте с помощью мобильных комплексов, чтобы снизить трудности и риски транспортировки, частично с помощью роботизированной техники. Маршруты перевозки заранее продумывают и согласовывают. Каждый контейнер имеет собственный идентификатор, и судьба их прослеживается до самого конца.

Теплее: хранение.

РИТЭГи, о которых мы вспоминали выше, сегодня на Земле почти не применяются. Некогда они обеспечивали питанием автоматические пункты мониторинга и навигации в далеких и труднодоступных точках. Однако многочисленные инциденты с утечками радиоактивных изотопов в окружающую среду и банальным воровством цветмета заставили отказаться от их использования где-либо помимо космических аппаратов. В СССР успели произвести и собрать больше тысячи РИТЭГов, которые демонтированы и продолжают утилизироваться.

Еще большую проблему представляет наследие холодной войны: за десятилетия одних только атомных подлодок было построено почти 270, а сегодня в строю остается менее полусотни, остальные утилизированы или ожидают этой сложной и дорогой процедуры. При этом выгружают отработавшее топливо, а реакторный отсек и два соседних вырезают. С них демонтируют оборудование, дополнительно герметизируют и оставляют храниться на плаву. Так делалось годами, и к началу 2000-х в российском Заполярье и на Дальнем Востоке ржавело около 180 радиоактивных «поплавков». Проблема стояла так остро, что обсуждалась на встрече лидеров стран «Большой восьмерки», которые договорились о международном сотрудничестве в уборке побережья.

Док-понтон для выполнения операций с блоками реакторных отсеков (85 х 31,2 х 29 м). Грузоподъемность: 3500 т; осадка при буксировке: 7,7 м; скорость при буксировке: до 6 узлов (11 км/ч); срок службы: не менее 50 лет. Строитель: Fincantieri. Оператор: Росатом. Место: Сайда Губа в Кольском заливе, рассчитанная на хранение 120 реакторных отсеков.

Сегодня блоки поднимают из воды и очищают, реакторные отсеки вырезают, на них наносят антикоррозийное покрытие. Обработанные упаковки устанавливаются для длительного безопасного хранения на подготовленных бетонированных площадках. На недавно заработавшем комплексе в Сайда Губе в Мурманской области для этого даже снесли сопку, скальное основание которой дало надежную опору для хранилища, рассчитанного на 120 отсеков. Выстроенные в ряд, густо покрашенные реакторы напоминают аккуратную заводскую площадку или склад промышленного оборудования, за которым следит внимательный хозяин.

Такой результат ликвидации опасных радиационных объектов на языке атомщиков называется «коричневой лужайкой» и считается совершенно безопасным, хотя и не очень эстетичным на вид.

Горячо: захоронение.

Высокоактивные РАО, в том числе отходы переработки ОЯТ, нуждаются в надежной изоляции на десятки и сотни тысяч лет. Отправка отходов в космос слишком дорога, опасна авариями при старте, захоронения в океане или в разломах земной коры чреваты непредсказуемыми последствиями. Первые годы или десятилетия их еще можно выдерживать в бассейнах «мокрых» наземных хранилищ, но затем с ними придется что-то делать. Например, перенести в более безопасное и долговременное сухое — и гарантировать его надежность на сотни и тысячи лет.

«Основная проблема сухих хранилищ — это теплообмен, — объясняет Сергей Брыкин. — Если нет водной среды, высокоактивные отходы нагреваются, что требует специальных инженерных решений». В России такое централизованное наземное хранилище с продуманной системой пассивного воздушного охлаждения работает на Горно-химическом комбинате под Красноярском. Но и это лишь полумера: по‑настоящему надежный могильник должен быть подземным. Тогда защиту ему обеспечат не только инженерные системы, но и геологические условия, сотни метров неподвижной и желательно водонепроницаемой скальной или глинистой породы.

Такое подземное сухое хранилище с 2015 года используется и параллельно продолжает строиться в Финляндии. В Онкало высокоактивные РАО и ОЯТ будут заперты в гранитной скале на глубине порядка 440 м, в медных пеналах, дополнительно изолированных бентонитовой глиной, и сроком не менее 100 тыс. лет.

Тарин Саймон, 2015−3015 годы. Стекло, радиоактивные отходы. Остекловывание радиоактивных отходов запечатывает их внутри твердого инертного вещества на тысячелетия. Американская художница Тарин Саймон использовала эту технологию в работе, посвященной столетию «Черного квадрата» Малевича. Черный стеклянный куб с остеклованными РАО был создан в 2015 году для московского музея «Гараж» и с тех пор хранится на территории завода «Радон» в Сергиевом Посаде. В музей он попадет примерно через тысячу лет, когда станет окончательно безопасен для публики.

От Сибири до Австралии.

В середине 2020-х недалеко от Горно-химического комбината должна заработать подземная научно-исследовательская лаборатория. В гнейсовую, плохо проницаемую для радионуклидов породу уйдут три вертикальные шахты, и на глубине 500 м будет оборудована лаборатория, куда поместят пеналы с электронагревающимися имитаторами упаковок РАО. В будущем спрессованные средне- и высокоактивные отходы, помещенные в специальные упаковки и стальные пеналы, будут укладываться в контейнеры и цементироваться смесью на основе бентонита.

Населенность страны — важный аспект всех таких проектов. Люди редко приветствуют создание захоронений РАО в нескольких километрах от собственного дома, и в густонаселенной Европе или Азии непросто найти место для стройки. Поэтому ими активно стараются заинтересовать такие малонаселенные страны, как Россия или Финляндия. С недавних пор к ним присоединилась и Австралия с ее богатыми урановыми рудниками. По словам Сергея Брыкина, страна выдвинула предложение по возведению на ее территории международного могильника под эгидой МАГАТЭ. Власти рассчитывают, что это принесет дополнительные деньги и новые технологии. Но тогда России стать всемирной радиоактивной свалкой точно не грозит.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: