Способ утилизации радиоактивных отходов аэс

Способы переработки радиоактивных отходов — как утилизируют РАО

Радиоактивные (ядерные) отходы (РАО) – загрязнённые радиацией вещества и предметы, которые невозможно использовать в дальнейшем. В зависимости от происхождения, отходы могут быть в трёх формах: газ, жидкость или твердый материал. Источники ядерного мусора разнообразны: АЭС, научные лаборатории, природные объекты. Происхождение РАО, их агрегатное состояние, степень активности и многие другие факторы влияют на то, как утилизируют радиоактивные отходы.

Зачем обрабатывают радиоактивные отходы

Материалы, содержащие радиоактивные нуклиды, чрезвычайно опасны для окружающей среды, а значит для жизни и здоровья людей. Без специальной обработки ядерный мусор повышает общий уровень радиации в природе. РАО также могут скапливаться в большой концентрации в одном месте, например, в теле животного, которое потом попадает в пищу человека, отравляя его организм и вызывая генетические мутации.

Чтобы избежать вреда для экологии, были выработаны способы и правила обработки отходов. Переработка ядерных отходов – прерогатива государственных организаций.

Принципы МАГАТЭ по утилизации РАО

Международное агентство по атомной энергии сформулировало несколько принципов утилизации радиоактивных отходов и обращения с ними, согласно которым:

• Необходимо обезопасить людей, их жизнь и здоровье.
• Следует избегать загрязнения окружающей среды.
• Нельзя допускать заражения территорий соседних стран.
• Необходимо заботиться о потомках, проследить, чтобы нынешние проблемы с радиацией не отразились на их здоровье.
• Недопустимо перекладывать решение текущих проблем на последующие поколения.
• Каждое государство должно правильно распределить обязанности по обращению с РАО на своей территории.
• Следует производить как можно меньше ядерных отходов.
• Важно учитывать взаимосвязь между образованием радиоактивного мусора и обращением с ним.
• Необходимо обеспечить безопасность оборудования для переработки РАО и следить за его исправностью на всех этапах работы.

Утилизация РАО в зависимости от их активности

Ядерные отходы обладают разной степенью активности, в связи с чем их делят на:

• низкоактивные;
• среднеактивные;
• высокоактивные.

При выборе способа для утилизации ядерных отходов учитывают степень их активности. Низкоактивные РАО представляют наименьшую опасность, поэтому их проще утилизировать. Подобные материалы можно хранить в специальных контейнерах и спустя несколько десятков лет уничтожить, как и любой другой мусор.

Захоронения переработанного материала организуют в сейсмически безопасных районах. Землетрясения могут разрушить хранилища и спровоцировать экологическую катастрофу.

Высокоактивные РАО несут наибольшую угрозу для будущих поколений. Уничтожить такой тип отходов невозможно, они сохраняют повышенную активность в течение тысячелетий. Единственный способ сделать подобные материалы менее опасными – повторно использовать их, выжать максимум пользы, тем самым уменьшив объем РАО, и остеклить бесполезный остаток.

Способы дезактивации радиоактивных отходов

Всевозможные виды утилизации помогают снизить радиационный фон, но не сводят его к нулю. Для снижения активности радионуклидов применяют различные способы дезактивации.

Механический

Заражённые элементы физически удаляются из почвы, с поверхности металла и других мест. Для этого объект обдувают потоком воздуха, обливают водой или чистят абразивным материалом.

Химический

При химической дезактивации используются различные реагенты. Радионуклиды выщелачивают с помощью карбоната натрия, азотной кислоты или других химических соединений.

Физико-химический

В этом способе сочетаются термическое воздействие и обработка химическими реагентами. Часто он используется для дезактивации жидких РАО. В раствор добавляется сорбент, в результате реакции образуется осадок, который разными путями удаляется и отправляется на хранение.

Методы переработки и утилизации РАО

Любой радиоактивный мусор подлежит переработке и утилизации. Переработка требуется, чтобы изменить состояние и объем РАО и сделать их более удобными и безопасными для дальнейшего захоронения. В зависимости от агрегатного состояния и степени радиоактивности, выбирается один или несколько методов.

Сжигание

В специально сконструированных печах можно уничтожать облученные ткани, древесину, резиновые изделия, бумагу и картон. Метод подходит только для низкоактивных отходов.

Прессование (уплотнение)

Если заражённый объект довольно крупный, его отправляют под многотонный пресс. Уплотнённый предмет занимает меньше места, что позволяет уменьшить площадь могильников.

Цементирование

Контейнеры с ядерными отходами заливаются бетоном с особыми химикатами, которые защищают захоронение от проникновения воды.

Переплавка

Для реализации этого метода используют индукционные и электродуговые печи. Заражённые радиацией металлы плавят, очищая от радиоизотопов.

Битумирование

Такой метод подходит для переработки и хранения жидких радиоактивных отходов (ЖРО). Опасные жидкости упаривают, в результате чего образуются соли, которые впоследствии смешивают с расплавленным битумом. Получившиеся битумные компаунды заливают в упаковку или хранилища.

Остекловывание (витрификация)

Вредные вещества помещают в углубления в скалах и заливают расплавленным боросиликатным стеклом.

Соосаждение и коагуляция

Химические методы обработки жидких РАО. В загрязнённую радиоизотопами воду добавляют специальные химикаты, которые захватывают заряженные частицы и осаждаются вместе с ними. Образовавшийся осадок отстаивают или отфильтровывают.

Ионообмен

Для чистки сбросных вод применяют установки с ионообменными фильтрами. Заложенные на определенную глубину ионообменные смолы впитывают находящиеся в воде ионы, в том числе радиоактивные. Как только количество ионов в смоле превышает допустимый уровень, фильтры отправляются на регенерацию.

Выпаривание

Загрязненный раствор поступает в выпарную установку, нагревается до 98°C и начинает испаряться. Пройдя через сложную систему конденсаторов, доупаривателей и фильтров, вода очищается от радиоактивных изотопов. Конденсат собирается на хранение.

Фильтрация

Новая методика фильтрации была изобретена академиком Виктором Петриком. Наноуглеродная установка позволяет очищать от радионуклидов целые водоемы, превращая ядовитую воду в питьевую.

Адсорбция

Адсорбцией называется процесс, при котором поверхность жидкости или твердого тела (адсорбента) притягивает и впитывает молекулы газа или веществ из раствора. В качестве адсорбента могут выступать ионные кристаллы.

Химическое поглощение

При химической обработке особые реагенты поглощают излучение и снижают активность радионуклидов.

Захоронение

Радиоактивный мусор запечатывают в герметичные металлические ёмкости из нержавеющей стали и свинца и помещают на дно водоемов или под землю в так называемые могильники. В большинстве случаев захоронения устраивают вдали от городов и других населенных пунктов.

Разные методики дезактивации, переработки и утилизации РАО отличаются эффективностью. Пока ни одна технология не добилась идеальных результатов, поэтому учёные всего мира продолжают поиски лучших способов обезопасить планету от ядерных отходов.

Отходы 5 класса опасности — перечень и способы утилизации

Виды отходов производства и методы переработки промышленного мусора

Понятие обезвреживания отходов и методы нейтрализации их опасности

Классификация особо опасных отходов и правила обращения с ними

Классификация отходов 1-5 класса опасности — перечень и таблица

Транспортировка отходов 1-4 класса — что это, порядок вывоза

Источник

Переработка отработанного ядерного топлива

Переработка ОЯТ (отработанного ядерного топлива) — это явление далеко не новое. Что уж там, на заре атомной промышленности переработка ОЯТ была одним из ключевых этапов производства. Правда, использовалась она не в мирных целях, а для наработки оружейного плутония в рамках Манхэттенского проекта. Дело в том, что плутоний является побочным продуктом работы ядерного реактора с ураном в качестве топлива. После реактора отработанное топливо направлялось на переработку с целью выделения из него фракций плутония.

Современная переработка ОЯТ преследует несколько иные цели:

снижение общего количества РАО;

повторное использование некоторых элементов ОЯТ;

снижение использования природного урана;

При этом возникает закономерный вопрос: если всё так замечательно, почему некоторые страны не занимаются переработкой и причисляют ОЯТ к радиоактивным отходам? На это имеется две причины:

переработка ОЯТ — это хоть и благородное занятие, но всё же довольно опасное как для окружающей среды, так и для людей;

в конце 70-х годов в США, с целью ограничить распространение ядерного оружия за счет выведения плутония из ОЯТ гражданских АЭС, запретили переработку ОЯТ, что побудило ряд других стран наложить аналогичный запрет. Через некоторое время этот запрет был снят, и в начале 21 века была попытка организовать предприятие для переработки, но безуспешно;

Если вторая причина носит скорее историко-политический характер и имеет мало общего с атомной энергетикой, то первая ставит под вопрос обоснованность переработки ОЯТ с учетом рисков радиационного заражения. На сегодняшний всего 4 страны имеют промышленные радиохимические предприятия, необходимые для переработки ОЯТ. Одна их этих стран — Россия. На примере российской атомной промышленности рассмотрим процесс переработки ОЯТ, риски и методы их минимизации, а также какие проблемы решает и может решить переработка.

Ядерное топливо

Что из себя представляет ядерное топливо? Подавляющее большинство современных реакторов в качестве топлива используют обогащенный уран. Помимо урана можно использовать и другие делящиеся материалы, например, торий. Такие реакторы существовали, но из-за сложности добычи тория широкой популярности не сыскали.

Путь к сердцу реактора начинается с урановой руды. В России добычу и первичную переработку урановой руды осуществляет компания «Атомредметзолото». В результате этой деятельности получают сухой урановый концентрат — так называемый «желтый кек». После этого желтый кек переходит в руки компании «ТВЭЛ» — российского производителя ядерного топлива.

Желтый кек

Первый этап производства — обогащение. Суть процесса заключается в повышении доли изотопа уран-235, который и является делящимся материалом в реакторе. В природном уране его доля составляет 0,72%, а остальное — это уран-238 (99,2745%) и уран-234 (0,0055%). Уран-238 и уран-234 — это стабильные изотопы, которые не способны к самостоятельной цепной ядерной реакции, в отличие от урана-235. В разных реакторах используется уран разной степени обогащения: ВВЭР — 1,6–5%; РБМК-1000 — около 3%; БН-600 и БН-800 — до 27%. В целом, технологии обогащения основаны на изъятии из природного урана части урана-238.

Один из способов обогащения — газовые центрифуги

Для ядерного топлива большинства реакторов применяется не чистый уран, а его диоксид. Диоксид в меньшей степени подвержен нагрузкам внутри реактора, а также позволяет увеличить глубину выгорания, т.е. эффективность топлива. Сам по себе, диоксид урана — это черный порошок. Из него формируют топливные таблетки, которые упаковываются в тепловыделяющий элемент — твэл. Да, компания ТВЭЛ производит твэлы.

ТВЭЛ

Твэл представляет собой металлическую трубку и служит для отвода тепла и герметизации делящегося материала. В качестве основы для твэла используется цирконий или нержавеющая сталь, в зависимости от реактора и условий внутри него. Для удобства, твэлы объединяют между собой в тепловыделяющую сборку — ТВС. Именно ТВС попадет в активную зону реактора и выйдет из него.

ТВС

ОЯТ: жизнь после реактора

После реактора ядерное топливо, как говорится, не узнать. В течение нескольких лет шла цепная ядерная реакция, создавая в твэлах радиоактивный «бульон». Сами твэлы после воздействия давления, температуры и радиации тоже не выглядят как новенькие. На данном этапе ОЯТ обладает следующей характеристикой:

изношенные твэлы и ТВС;

значительное, но всё же неполное выгорание уран-235;

накопившиеся в результате ядерной реакции трансурановые элементы, в том числе изотопы плутония, радиоактивные осколки деления ядер;

Первое, что ожидает ОЯТ — это бассейн выдержки. Сейчас проводить какие-либо манипуляции с ОЯТ попросту невозможно, поэтому оно отправляется в специальное хранилище прямо на станции. Через несколько лет активность спадет и ОЯТ можно будет вывезти со станции.

Бассейн выдержки

Дальнейшая судьба ОЯТ зависит от того, на каком реакторе оно работало. Оно отправится либо на переработку на ПО «Маяк» либо на длительное хранение на Горно-Химический комбинат. Топливо для некоторых реакторов не перерабатывается и сразу направляется в ГХК.

Переезд

Вне зависимости от пункта назначения, хотелось бы, чтобы всё доехало в целости и сохранности. При перевозках различных радиоактивных материалов происходили аварии, но с ОЯТ подобных инцидентов не происходило (надеемся, и не произойдет). С целью перевозок ОЯТ и других радиоактивных материалов была основана компания «Атомспецтранс».

В России, как и других странах, большинство перевозок ОЯТ осуществляется с помощью железнодорожного транспорта. Он считается наиболее безопасным. Автомобильные перевозки подвержены террористической угрозе и обычно ограничиваются маршрутом «от хранилища до жд станции». Транспортировка по морю применяется только в том случае, если ОЯТ нельзя доставить по суше. И самый нежелательный способ перевезти ОЯТ — это авиаперевозки. Они влетают в копеечку, а последствия от возможной аварии намного выше, чем при наземных перевозках Самолетом ОЯТ вывозят только в самых крайних случаях. Например, из-за войны в Персидском заливе в 90-х годах Россия вывозила из Ирана ОЯТ местного исследовательского реактора.

Разумеется, как к транспорту, так и к ОЯТ применяются повышенные требования безопасности. Радиоактивные материалы помещают в специальный контейнер — транспортный упаковочный комплект. Он защищает ОЯТ от физических повреждений извне, а окружающую среду от радиации.

ТУК-109Т для ОЯТ РБМК-1000

Для перевозок используются специальные виды транспорта. Например, существуют разные типы вагонов под транспортировку ОЯТ того или иного реактора. И, разумеется, любая перевозка ОЯТ не обходится без охраны и обученного персонала.

Вагон для перевозки ОЯТ

Итак, ОЯТ добралось на переработку на ПО «Маяк». Что дальше?

Переработка

Несмотря на то, что ОЯТ своё «отработало», в нем присутствуют полезные элементы:

В процессе работы реактора уран-235 сгорает не полностью, а частично. В зависимости от реактора, доля урана-235 в ОЯТ может оказаться больше, чем в природном.

Плутоний может быть не только основой для бомб, но и топливом в ядерном реакторе.

Всё остальное(детали конструкции, такие твэлы и ТВС, продукты деления и т.п.) — это радиоактивные отходы и их дальнейшая судьба не связана с переработкой.

Основная загвоздка переработки заключается в твэлах. Герметизация твэла необходима для того, чтобы оставить самые радиоактивные и долгоживущие продукты деления в замкнутом пространстве и не допустить их распространения. При переработке герметизация нарушается и возникают дополнительные риски, которые можно исключить или по крайней мере снизить при должном уровне технологий.

Дальнейшее применение

Уран, получаемый из ОЯТ, называется регенерированным. Он используется уже несколько десятилетий и география его применения выходит за границы 4-х стран с радиохимической промышленностью. Однако выделить существенные экономические и ресурсные плюсы такого применения сложно.

Помимо регенерированного урана, переработка может предложить новые виды топлива, например, РЕМИКС-топливо. Концепция следующая: после переработки ОЯТ, добавлять некоторое количество обогащенного урана к выделенной уран-плутониевой фракции. В данном топливе в качестве делящегося материала выступает как уран, так и плутоний.

Наиболее перспективное направление переработки связано с реакторами на быстрых нейтронах. Такие реакторы с топливом на основе плутония обладают важной особенностью: количество нейтронов, освобождающихся в ходе цепной реакции, намного выше, чем в урановых реакторах. Появляется возможность использовать их не только для поддержания цепной реакции основного материала, но и для чего-то ещё. Например, для наработки плутония из урана-238. При этом, количество нового плутония может превышать количество сгоревшего в активной зоне плутония. Такой реактор называется реактором-размножителем, и отношение нового плутония к сгоревшему может достигать 1,3-1,4. Это позволит полноценно использовать не только уран-235, но и уран-238, которого в природе намного больше.

Дата-центр ITSOFT — размещение и аренда серверов и стоек в двух дата-центрах в Москве. UPTIME 100%. Размещение GPU-ферм и ASIC-майнеров, аренда GPU-серверов, лицензии связи, SSL-сертификаты, администрирование серверов и поддержка сайтов.

Источник