ЛЕКЦИЯ №6

РАДИОАКТИВНЫЕ ОТХОДЫ

            6.1. РАО и их захоронение. К радиоактивным отходам относятся не подлежащие к дальнейшему использованию вещества в любом агрегатном состоянии, материалы, изделия, оборудование, объекты биологического происхождения, газообразная среда, грунт, породы руды и отходы обогащения и выщелачивания руд, в которых содержание радионуклидов превышает уровень, установленный нормативными актами.        К радиоактивным отходам относится и ОЯТ. В предыдущей лекции сказано, что в некоторых странах они изначально считаются отходами и сразу отправляются на долговременное хранение. Считается, что срок их хранения лежит в пределах от 20 до 100 лет. Когда появилось в промышленных масштабах ОЯТ, полагали, что за такие сроки будут разработаны дешевые технологии их переработки и утилизации. А сегодня они хранятся в каждой стране по одной схеме, хотя они по-разному реализовываются. В Швеции на всю страну имеется одно хранилище. Все отработанные ТВС складируются в бетонном бассейне на глубине около 30м. Проектная вместимость урана свыше 9000 тонн. В ФРГ отходы хранятся в выработанных шахтах в горах. В России прорабатывались варианты захоронения в шахтах в полярных регионах в условиях вечной мерзлоты. Следует заметить количество радиоактивных отходов, не только ОЯТ, на АЭС Западных заметно ниже, чем на Российских. По некоторым реакторам это видно из табл. 6.1:

Среднегодовой объем РАО, м³

^*Кубовый остаток – остаток от выпариваемых установок.

            6.2. Слабоактивных РАО и их захоронение.         Захоронение слабоактивных отходов проблема даже сложнее, чем утилизация высокоактивных. Как правило,  количество слабоактивных РАО велико и они при хранении требуют достаточно много места в хранилищах.  В России со времен СССР перерабатывают ОЯТ из реакторов ВВР-440, ХН-600, ХН-350, судовых атомных реакторов. Продуктами этой переработки являются небольшое количество высокоактивных твердых отходов и громадные объемы слабоактивных ЖРО (жидких радиоактивных отходов). Захоронение первых не вызывает особых трудностей. А ЖРО достаточно долго ждут концентрации. Концентрируют их путем выпаривания. В 1992 в России сдана в эксплуатацию самая мощная в мире печь по выпариванию  воды из радиоактивных отходов,  и дальнейшему их остекловыванию. Ее мощность 500 литров отходов в час. Остекловывание  на сегодняшний день самая передовая технология переработки и хранения РАО. После выпаривания сухой остаток смешивается с расплавленным стеклом и заливается в специальные формы. После остывания стекло вынимается из форм и помещается в специальные пеналы, которые герметично закрываются и помещаются в специальные временные хранилища. В хранилищах предусмотрен регулируемый теплообмен. После двадцати лет хранения остеклованных отходов во временном хранилище они отправляются на окончательное захоронение. Более древними и проблемными технологиями утилизации ЖРО являются их цементация и битумизация. В первом случае концентрированные ЖРО служат жидкостью,  с помощью которой приготавливается бетон. Бетон разливается по формам и застывает. Недостаток этого метода – в случае попадания такого образца в воду радионуклиды из него будут выходить в раствор. Во втором случае сухой остаток смешивают с расплавленным битумом и приготавливают из него образцы для хранения. Недостатком метода является разогрев, и даже воспламенение битума в отсутствие охлаждения из-за распада радионуклидов.

            6.3. Ситуация с радиоактивными отходами в России. Серьезная проблема хранения РАО в России. Несмотря на то, что эта страна перерабатывает ОЯТ и имеет заводы по переработке радиоактивных отходов, еще в середине девяностых лет прошлого столетия там скопилось 6000 т. ОЯТ только на станциях с реакторами РБМК (Смоленской, Курской и Ленинградской). Общая активность этих запасов 1млрд. Ки. В настоящее время переработка этого вида отходов не ведется. Временные хранилища РАО при перечисленных станциях переполнены. А ведь на любой АЭС во временном хранилище в любое время должно быть место для топлива в случае непредвиденной остановки реактора и его выгрузки. Максимальным сроком хранения ОЯТ при станции считается 5 лет. Ситуация такая, что огромное количество РАО в том числе и жидких хранится в неприспособленных для этого хранилищах и зачастую в случайной по необходимости найденной таре.

            Особая статья хранение и переработка РАО военно-морского и гражданского флотов. В основном – это отработанное ОЯТ и сами выработавшие свой срок реакторы с подводных лодок и надводных кораблей. На атомоходах используются реакторы типа КЛТ-40. Активная зона содержит 241 ТВС. Топливо – обогащенный до 20% уран. При нормальной работе замена топлива производится  один раз в три-четыре года. Замена топлива на подводных лодках и надводных кораблях производится как в открытом море, так и на береговых технических базах (БТБ).  Для замены топлива в море используются корабли: плавтехбаза «Лота» (год постройки-1961г., может хранить 4080 ЦВС), теплоход «Лепсе» (год постройки 1936г., может хранить до 600 ЦВС, с 1993 г. стоит у причала), плавбаза «Имандра» (год постройки 1981г., водоизмещение 9500 т., может транспортировать и хранить до 6130 ЦВС). На БТБ «Оленья Губа» и пос. «Полярный» Мурманской обл., береговых хранилищах ПО «Севмаш» и ПО «Звездочка» Архангельской области  проводится замена ядерного топлива. В мурманской обл. в губе Западная лица и в бухте у поселка Гремиха хранятся отработанные реакторы подводного флота. По принятой технологии из подводной лодки вырезаются три отсека (реакторный отсек и два соседних) и отправляются на переработку. Десятки подводных лодок, выведенных из эксплуатации, годами дожидаются очереди по переработке. Существует угроза проржавления корпусов лодок и попадания радионуклидов в воды бухты. На протяжении девяностых годов прошлого века Россия выводила ежегодно из эксплуатации 10 подводных лодок, на каждой из которых имелось два реактора.

            6.4. Сброс РАО в воды мирового океана. В 1972 г. принята, а в 1975 г. вступила в действие Лондонская конвенция по преодолению загрязнения морей выбросами отходов и прочих материалов. С января 1976 г. к конвенции присоединился  СССР. Согласно конвенции разрешается сброс в моря РАО только с низкой активностью в географических широтах не выше 50⁰ Северной широты и в районах, где глубина моря превышает 4 км. После подписания конвенции некоторые государства стали строить установки по утилизации отходов и предпринимать меры по их захоронению. СССР нарушал условия конвенции по всем трем пунктам:

– поскольку все северные моря  лежат выше пятидесятой параллели, а сброс слабоактивных жидкостей при замене топлива в море автоматически приводил к нарушению второго положения;

– все эти сбросы производились на глубинах значительно меньших, чем предусмотрено, поскольку все северные российские моря мелководны;

– у восточного побережья острова Новая Земля регулярно в советские времена затапливались контейнеры с высокоактивными РАО.

            В 1991 правопреемник СССР Российская Федерация прекратила сброс РАО в северных морях. Однако продолжался их сброс в дальневосточных морях. Только в 1993 годы до принятия 16 Консультационным совещанием стран-участниц Лондонской конвенции полного запрета сброса РАО в моря Россией в Японское море  было сброшено 892 м³ ЖРО с суммарной активностью 0,38 Ки. После 1992 сброс РАО в море Россия прекратила.

            6.4. Транспортировка ядерных материалов. Огромное количество радиоактивных веществ, произведенных на разных стадиях ЯТЦ, необходимо транспортировать между разными объектами, составляющими цепь этого цикла. Это урановая руда, разные соединения урана и плутония, необлученные и облученные ТВЭл и ТВС, отходы реакторов и заводов по производству и регенерации ядерного топлива, радиоизотопные источники, используемые в медицине и т.д. Ежегодно в мире транспортируется около 10 млн. упаковок с радиоактивными веществами. Конструкции упаковочных комплектов разные. Наличие в них тех или иных элементов, либо их отсутствие зависят от химического, агрегатного, нуклидного, состава транспортируемого радиоактивного вещества,  его радиоактивности, тепловыделения. Основным элементом упаковки является охранный контейнер для уменьшения нейтронного и до допустимых пределов. Другими элементами являются: система герметизации, система отвода тепла, система сброса избыточного давления, система сжигания водорода для водозаполненых контейнеров, грузоподъемные элементы, амортизаторы для уменьшения нагрузок при авариях и т.д. Габариты упаковочных комплексов могут быть от нескольких сантиметров до нескольких метров.

            Маршруты транспортировки могут быть до нескольких тысяч километров, проходить через крупные города, мосты, туннели т.д. МАГАТЭ еще в 1961 году разработало правила по транспортировке радиоактивных веществ, которые по мере развития атомной отрасли промышленности дополнялись и совершенствовались. Основные требования транспортировки радионуклидов при нормальных условиях:

– эффективная герметизация радиоактивного вещества;

–уровень излучения за пределами упаковки не может превышать допустимые пределы;

– постоянный контроль за уровнем излучения;

– обеспечение условий, при которых невозможно создание критической массы радионуклида при транспортировке;

– эффективное рассеяние тепловой энергии, образующейся в упаковке в процессе поглощения излучения.

            В зависимости от активности бывают три типа упаковок: промышленные, А, В.

В промышленных упаковках перевозятся грузы с низкой активностью, или объекты с загрязненной радионуклидами поверхностью. Это руда, урановый концентрат, оружейный уран и т.д. В упаковках типа А перевозится сравнительно небольшое количество радиоактивных веществ. Теоретически допускается повреждение таких упаковок и возможная утечка радионуклидов. Для упаковок типа В исключается возможность повреждения, т.к. в них перевозятся очень активные вещества, например, ядерное топливо, отработанное ядерное топливо и т.д. Эти упаковки должны выдерживать любые нагрузки.