Ядерные отходы: утилизация и захоронение в России

Что такое ядерные отходы и где они хранятся

Ядерные отходы – термин, появившийся сравнительно недавно. Гонка вооружений 20 века ускорила процесс использования энергии атома. В любом случае, будь то военное использование этой энергии или мирное, в процессе образуются отходы, опасные для всего живого на Земле. Статья раскрывает некоторые аспекты проблемы утилизации ядерных отходов.

РАО бочки

Что представляют собой ядерные отходы?

Обширные исследования в области ядерной физики в начале ХХ века привели к масштабному использованию энергии атома и радиоактивных материалов в науке, промышленности, медицине, сельском хозяйстве и в образовательном процессе. Понятно, что эта практика сопровождается образованием разных отходов. Особенностью этого вида отходов является наличие в них радиоактивных элементов. Нельзя забывать о том, что радиоактивность присутствовала на Земле всегда и присутствует сейчас. Вопрос состоит только в том, каков уровень этой радиоактивности.

Ядерные отходы (синоним радиоактивные отходы – РАО) – вещества, содержащие опасные элементы, которые нельзя использовать в дальнейшем. Недопустимо путать данный термин с термином «отработанное ядерное топливо». Отработанное ядерное топливо (ОЯТ) – это смесь веществ, состоящая из остатков ядерного топлива и продуктов деления, таких как изотопы цезия с массой 137 и изотопы стронция с массой 90. ОЯТ – это дополнительный источник для получения ядерного топлива.

Критерии отнесения отходов к радиоактивным

По агрегатному состоянию РАО могут быть в газообразном, жидком и твердом виде. Чтобы понять, какой «мусор» можно считать радиоактивным, обратимся к нормативам.

Согласно нормам радиационной безопасности СанПин 2.6.1.2523-09 отходы относят к радиоактивным в случае, когда результат сложения отношений удельных (твердые и жидкие отходы) и объемных (газы) активностей радионуклидов в отходах к их минимальной удельной активности больше, чем один. Если вычислить это невозможно, то критерием причисления отходов к радиоактивным считается степень излучения для отходов в твердом состоянии:

  • один Бк/г – источники, испускающие α-частицы;
  • сто Бк/г – источники, испускающие β-частицы;

и для жидкостей:

  • 0,05 Бк/г – источники, испускающие α-частицы;
  • 0,5 Бк/г — источники, испускающие β-частицы.

Отходы, испускающие γ-излучение попадают в категорию ядерных, когда мощность дозы на расстоянии 10 см от их поверхности больше одного мкЗв/ч.

Бк – Беккерель равен одному распаду в секунду на один грамм (килограмм) вещества.

Зв – Зиверт равен примерно сто рентген. Рентгенами измеряется общее излучение, а зивертами – облучение, полученное человеком.

Отходы в твердом агрегатном состоянии можно рассортировать по мощности дозы γ-излучения на расстоянии 10 см от поверхности на отходы:

  • низкой активности — 1 мкЗв/ч – 0,3 мЗв/ч;
  • средней активности — 0,3 мЗв/ч – 10 мЗв/ч;
  • высокой активности — более 10 мЗв/ч.

Короткоживущие отходы содержат нуклиды с периодом распада их до безобидного уровня менее 1 года. К очень низкоактивным отходам (ОНАО) относятся отходы, которые не превышают дозу γ-излучения в 1 мкЗв/ч.

Отдельно выделяют отходы отработанных конструкций реакторов, транспорта и средств технического контроля.

Как утилизируют ядерные отходы, способы утилизации и переработки

Первоначально предприятие, на котором образуются ядерные отходы, должно осуществить их сбор, дать характеристику, произвести сортировку и обеспечить их временное хранение. Затем надлежащим образом упакованные ядерные отходы должны транспортироваться на предприятие, где производится переработка РАО. Завод выбирает технологию по переработке и захоронению с учетом инженерных и нетехнических характеристик обращения с радиоактивными отходами.

Отходы высокой радиоактивности служат источником для получения вторичного сырья (примерно 95% от объема отходов). Оставшиеся 5% веществ, период полураспада которых составляет сотни и тысячи лет, подвергают остеклению и хранятся в глубоких скважинах, находящихся в скалах.

Среднеактивные и низкоактивные РАО подвергаются следующим видам переработки:

  1. Твердые:
  • сгораемые отходы подвергаются сжиганию в печах, плазменному сжиганию, термохимической обработке, сжиганию при остекловывании или кислотному разложению;
  • прессуемые – компактированию и суперкомпактированию;
  • металлические – компактированию и плавлению;
  • несгораемые и непрессуемые – отправляются в контейнеры.
  1. Жидкие:
  • органические сгораемые отходы подвергаются сжиганию в печах или отдельно, или вместе с твердыми отходами;
  • органические несгораемые – адсорбции на порошках и цементированию, термохимической переработке;
  • водные малосолевые – концентрированию и цементированию;
  • водные высокосолевые – битумированию и остекловыванию.
  1. Газообразные отходы подвергаются улавливанию химическими реагентами или с помощью адсорбции.

Рассмотрим разные способы утилизации ядерных отходов, которые осуществляет завод по переработке, по отдельности.

Сжиганию в специально сконструированных печах подвергается одежда, бумага, дерево, бытовой мусор, которые подверглись облучению. Пепел подлежит цементированию.

печь для сжигания РАО
Печь для сжигания ядерных отходов

Компактирование – это прессование ТРО под давлением. Данный способ переработки неприемлем для взрывоопасных и легковоспламеняющихся веществ.

Суперкомпактирование – это спрессовывание ТРО, прошедших стадию компактирования. Производится с целью уменьшения объемов отходов.

Капсула для уплотнения ядерных отходов
Капсула для уплотнения ядерных отходов

Цементирование – это один из самых доступных методов переработки ядерных отходов, особенно жидких. Его преимущества:

  • доступность;
  • негорючесть и непластичность конечного продукта;
  • дешевизна оборудования и емкостей для переработки;
  • относительная простота технологии.

Битумирование – это включение РАО, особенно отходов, содержащих какие – либо жидкости, в состав битума. По технологической сложности битумирование превосходит цементирование, но оно имеет и некоторое преимущество. При битумировании происходит испарение влаги, поэтому отходы не увеличиваются в объеме и остаются влагостойкими.

Остекловывание – это способ переработки ядерных отходов разных уровней активности. Стекло является материалом, который может поглощать большой объем веществ, не входящих в его состав. Кроме того, полученный продукт не подвергнется разложению очень долгое время.

Остекловывание РАО
Остекловывание РАО

После переработки контейнеры с ядерными отходами подвергаются захоронению. По данным МАГАТЭ захоронение – это размещение отходов в специально подготовленных местах (могильник ядерных отходов) без цели дальнейшего их использования. Захоронению подлежат отходы, переведенные в твердое состояние и упакованные надлежащим образом.

Существуют такие виды захоронений:

  1. Глубоководное захоронение ядерных отходов: контейнеры размещаются на дне моря глубиной примерно 1000 м.
  2. Геологическое: изоляция отходов в специально подготовленных инженерных сооружениях в устойчивых слоях породы на глубине нескольких сотен метров. В основном так хоронят высокоактивные и долгоживущие РАО.
  3. Приповерхностное: контейнеры помещаются в инженерные сооружения на поверхности и близком к ней слое земли или в шахтах на глубине несколько десятков метров от поверхности. Так хоронят короткоживущие, низко и среднеактивные отходы.
  4. Захоронение в глубинные отложения океанического дна: размещение контейнеров с отходами в осадочные породы на дне моря на глубине нескольких тысяч метров.
  5. Захоронение под океаническим дном: размещение РАО в инженерных сооружениях, которые находятся в породах приберегового морского дна.

Куда девают ядерные отходы в России

Куда девают ядерные отходы в нашей стране? В России, как и во всем мире, работа с ядерными отходами ведется на специализированных предприятиях, снабженных качественным оборудованием и техникой. Ежегодно на территории нашего государства образуется 5 миллионов тонн ядерных отходов, из них перерабатывается и подвергается утилизации 3 миллиона тонн. К 2025 году предполагается 89,5% РАО хранить в безопасном для людей и среды обитания состоянии, 8% – в специальных емкостях, 0,016% – в непостоянных хранилищах.

Где хранятся ядерные отходы в России, которые были накоплены еще при гонке вооружений СССР и США? Вспомним примеры использования энергии атома и создания могильников ядерных отходов в нашей стране.

река Теча

В красивейших местах Челябинской области спрятались под листвой деревьев печально известные река Теча, озеро Карачай и закрытый город Озерск. Именно здесь в 1948 году заработал первый реактор производственного объединения «Маяк» по созданию оружейного плутония. Да, Советский Союз дал достойный ответ США, став лидером ядерной гонки вооружений. Но вот куда девать отходы, ни в Соединенных штатах, ни в СССР особо не задумывались.

Первым могильником ядерных отходов предприятия стала небольшая речка Теча. В 1957 году к постоянно сбрасываемым в реку ядерным отходам добавились элементы, полученные в результате взрыва емкости с РАО. Кроме того, в воздухе сформировалось радиоактивное облако, заразившее территорию примерно на 300 – 350 км в северо-восточном направлении от комбината «Маяк». После этой страшной аварии Советское правительство определило новое место — хранилище опаснейших отходов. Им стало озеро в Челябинской области.

Однако в 1967 году в результате засухи со дна озера Карачай – свалки ядерных отходов на многие километры вокруг были рассеяны те же радиоактивные элементы. После этого было принято решение о ликвидации Карачая. В конце 60 – х годов прошлого столетия озеро начали консервировать, и процесс этот продлился более 40 лет. Сегодня в нем захоронено с использованием новейших технологий более 200 тысяч кубометров высокоактивных техногенных илов и суглинков.

кратон 3
Последний сварочный шов защитного экрана на объекте «Кратон — 3»

В 70 – х годах двадцатого столетия на территории Якутии были проведены мирные подземные взрывы «Кристалл» и «Кратон — 3», в результате чего прилегающая территория подверглась радиоактивной атаке. В начале двадцать первого столетия на этих объектах была проведена реабилитация, созданы могильники ядерных отходов, что значительно улучшило радиоактивную обстановку.

Кратон 3 сейчас
Современный вид объекта «Кратон-3»

В интернете можно посмотреть карты, наглядно изображающие места захоронения ядерных отходов в России.

Об уникальных способах переработки радиоактивных отходов на предприятии Дальнего Востока рассказывают в следующем видео

Научно – технический прогресс невозможен без развития атомной науки и техники. Однако в современной гонке вооружений не стоит забывать о возможных последствиях. РАО представляют угрозу для всего человечества и для всех живых организмов нашей планеты. Поэтому необходимо разрабатывать новые безопасные методы утилизации ядерных отходов.