Способы обезвреживания радиоактивных отходов

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

Радиоактивные отходы — что это такое и как с ними обращаются в России

«Как Россия превратилась в мировую свалку ядерных отходов». «Россия вновь становится свалкой радиоактивного мусора?» И десяток других, похожих друг на друга заголовков, в которых фигурируют апокалиптичные суда с ядерными отходами, плывущие в Россию. Обычно так реагируют СМИ, когда в страну в очередной раз собираются завести что-то радиоактивное, например регенерированный уран из Франции или «урановые хвосты» из Германии. Вновь разгораются сражения в извечной войне экоактивистов и ядерщиков. И вновь жертвами становятся люди, для которых тонкости атомной индустрии такие же далекие, как и панды в Китае. Расставим точки над «i» и выясним, что является ядовитым мусором, а что — ценным сырьем.

Радиоактивные отходы (РАО)

До некоторого времени радиация и радиоактивные вещества были естественной частью окружающей среды. Однако в какой-то момент человек сделал большой шаг вперед и приручил силу атома. С тех пор радиоактивные вещества и радиация применяются в самой разнообразной деятельности: от промышленности и производства энергии до медицины и сельского хозяйства. И как подобает нетривиальному человеческому труду, вся эта деятельность приводит к образованию отходов в различных формах. Причем не просто отходов, а радиоактивных отходов.

Что такое РАО?

Чем отличаются обычные и радиоактивные отходы? В последних содержатся атомы с нестабильными ядрами (радионуклиды). Таким ядрам свойственно спонтанно изменяться, испуская ионизирующее излучение. В быту его часто называют радиацией, хотя это не совсем точно. Бывают и другие виды радиации, например, солнечная, не имеющая никакого отношения к радиоактивности.

Логично предположить — не всё, что содержит радионуклиды, можно записать в радиоактивные отходы. Уточним определение, зайдя на соответствующую страницу русскоязычной вики.

Радиоактивные отходы (РАО) — отходы, содержащие радиоактивные изотопы химических элементов и не подлежащие использованию.

Доверять Википедии — моветон, поэтому заглянем в более надежный источник. А именно в основополагающий для отечественной атомной индустрии документ со страшным названием Федеральный закон от 21 ноября 1995 г. N 170-ФЗ «Об использовании атомной энергии». Там находим следующее.

Радиоактивные отходы — не подлежащие дальнейшему использованию материалы и вещества, а также оборудование, изделия (в том числе отработавшие источники ионизирующего излучения), содержание радионуклидов в которых превышает уровни, установленные в соответствии с критериями, установленными Правительством Российской Федерации.

Хотя вторая формулировка значительно длиннее, общий посыл простой. РАО — нечто «излишне» радиоактивное, не подлежащее дальнейшему использованию. А если все-таки подлежит, то это уже никакое не РАО.

Какие РАО бывают?

Ядерные отходы могут похвастаться многообразием форм, характеристик и аббревиатур, которыми их называют ядерщики. Чтобы разобраться who is who, приведем некоторые важные свойства радионуклидов и веществ в целом.

Агрегатное состояние. Тут все банально, веществам свойственно иметь различное физическое состояние. РАО — не исключение. Они бывают твердыми (ТРАО), жидкими (ЖРАО) и газообразными (ГРАО).

Уровень активности и период полураспада. Увы, жизнь несправедлива, поэтому срок, отпущенный радионуклидам, сильно варьируется от элемента к элементу. Одни распадаются за несколько миллисекунд, например Нобелий и Лоуренсий. Такие радионуклиды очень радиоактивны. Другие сохраняют свои свойства тысячи и миллионы лет. Периодом полураспада называется время, за которое радиоактивное вещество естественным образом теряет половину своей радиоактивности. Как нетрудно догадаться, чем длиннее период полураспада, тем меньше радиоактивность. По периоду полураспада радионуклидов в отходах можно выделить короткоживущие и долгоживущие РАО.

4,6 квадриллионов Бк/г

3,2 триллионов Бк/г

2,3 миллиарда Бк/г

Активность в беккерелях (Бк) равна числу атомов, распадающихся за секунду (1 Бк соответствует распаду одного атома за секунду). Удельная активность — активность на единицу массы.

Тепловыделение. Слово говорит само за себя. Некоторые РАО выделяют настолько много тепла, что их требуется активно охлаждать. По уровню активности и тепловыделения РАО подразделяют на высокоактивные (ВАО), среднеактивные (САО) и низкоактивные (НАО).

Также к важным свойствам относят тип испускаемого излучения (α, β и γ) и радиотоксичность (опасность с биологической точки зрения).

Классификация РАО, предложенная МАГАТЭ (Серия норм безопасности МАГАТЭ, No GSG-1). Каждый класс связан с надлежащим подходом к обращению и захоронению.

Принадлежность к тому или иному классу зависит от количественных радиационных характеристик конкретных РАО. Каждая разновидность требует «индивидуального» подхода в обращении и утилизации. Процедуры регулируются национальными правилами и регламентами. Например, в России правила игры задают НРБ 99/2009 и ОСПОРБ 99/2010.

Классификация, принятая в РФ. Каждый класс связан с надлежащим подходом к обращению и захоронению.

Как РАО образуются?

Радиоактивные отходы проникают в нашу жизнь не только во всевозможных обличиях, но и самыми разнообразными способами. Как говорилось выше, многие виды человеческой деятельности ведут к образованию РАО: от промышленности до медицины и сельского хозяйства. Например, в медицине при лечении онкологических заболеваний применяют высокоактивные кобальтовые источники. Такие источники становятся радиоактивными отходами, когда приходят в негодность.

Существуют процессы, в которых природный радиоактивный материал в концентрированном виде попадает в отходы. Возникают радиоактивные отходы! Отличной иллюстрацией может послужить обедненный уран (ОУ). При изготовлении топлива для некоторых типов ядерных реакторов природный уран обогащают (увеличивают в нем изотопа U-235). Обедненным ураном называют смесь, оставшуюся после удаления обогащенного урана. Его можно отнести к РАО, если не планируется его дальнейшее использование. Например, американцы в ходе войны в Персидском заливе применяли боеприпасы, изготовленные из ОУ.

Боеприпасы с ОУ, использовавшиеся в ходе косовского конфликта. Фото: А. Бляйзе/МАГАТЭ

Само собой, РАО образуются при деятельности атомной промышленности. Работа АЭС, операции ядерного топливного цикла (изготовление топлива или переработка урановой и ториевой руд), эксплуатация атомоходов и радиационные катастрофы — все это трудно представить без жидких радиоактивных отходов.

Звучит грозно, особенно если вы любите природу. Однако наибольшие опасности, а значит и технические трудности, связаны с высокоактивными отходами и отработанным ядерным топливом (ОЯТ). Слава богу, их доля в общем физическом объёме РАО относительно невелика. К слову об опасностях, ОЯТ настолько токсично и радиоактивно, что убивает человека за пару минут. В ходе химической переработки ОЯТ образуются самые высокоактивные РАО. Не удивительно — яблоня от яблони недалеко падает. Подробнее об ОЯТ поговорим чуть позже (в разных странах дела с ним обстоят по-разному). А пока разберем, что со всем этим радиоактивным добром делают.

Что делают с РАО?

Итак, мы убедились в многообразии свойств и способов образования РАО. Но есть одна вещь, которая их объединяет — опасность для человека и окружающей среды. Из-за различных характеристик уровень этой опасности варьируется от обычной до «смерть в течение 10 минут». Наверное, все и так прекрасно понимают, к каким неприятным последствиям может привести лучевая болезнь. К тому же, радиоактивные изотопы в силу естественных процессов имеют дурную привычку концентрироваться в подсистемах биосферы. Например, в тканях и органах животных, которые потом могут попасть на обеденный стол вместе с порцией радионуклидов. Так что РАО — это не вещь, которую можно просто затолкать под кровать.

Впрочем, когда трава была зеленей, никто особо не беспокоился об утилизации РАО. Если утрировать, то главный принцип обращения с отходами гласил: «Само рассосется». Так в начале атомной гонки СССР и США помещали РАО в открытые хранилища рядом с предприятиями (считай, просто сливали в реки и озера). Кому есть дело до экологии, когда стране нужно больше оружейного плутония для ядерного щита? Однако годы шли, атомная отрасль развивалась. Пришлось искать иные способы утилизации.

Озеро Карачай (Водоем-9) вблизи ПО «Маяк» — один из водоемов, куда сливали РАО.

С средне- и низкоактивными отходами человечеству удалось совладать. Обычно, жидкие САО и НАО в конце пути ожидает битуминизация. Отходы выпаривают для уменьшения объема, сухие остатки упаривания смешивают с битумной массой, после затвердевания смесь помещают в контейнеры и захоранивают. Также используется цементирование (включение в состав бетона). Этапы обращения с твердыми НАО:

Кондиционирование (уменьшение физического объема).

Сжигание и/или прессование (опять же для уменьшения физического объема).

Иммобилизация (цементирование, реже — битуминизация).

Захоронение на специальных отчужденных площадках (полигоны, могильники).

С ВАО и ОЯТ дела обстоят намного сложнее. Да, существуют промежуточные и временные меры: стеклование, иммобилизация в керамику, промежуточное хранение (30-50 лет) в стальных контейнерах при контроле температурного режима и герметичности. Однако что делать дальше? Самые опасные отходы могут распадаться тысячи и миллионы лет.

Каких только идей не предлагали: выстреливать ядерным мусором в ни в чем не повинное Солнце или в космос (слишком дорого), сбрасывать отходы на Антарктиду… Возможно окончательным решением радиоактивного вопроса станут глубинные геологические захоронения. Недра матери-природы могут обеспечить механическую прочность и биологическую защиту, исключая возможность попадания грунтовых вод и атмосферных осадков. В данный момент работа над глубинными геологическими захоронениями ведется в нескольких странах на уровне исследовательских лабораторий и экспериментальных хранилищ. Например, в России таким местом является Горно-химический комбинат в Нижнеканском массиве скальных пород, недалеко от города Железногорска и реки Енисей.

Начало строительства исследовательской подземной лаборатории. Красноярский край. 2019 г.

Отработавшее ядерное топливо (ОЯТ)

Отработавшее ядерное топливо (ОЯТ) образуется при плановом (3-5 лет) нахождение ядерного топлива в активной зоне реактора. Оно содержит меньше урана-235, чем свежее ядерное топливо. Однако в нем по прежнему остаются полезные компоненты — невыгоревший уран, накопившиеся изотопы плутония, другие трансурановые элементы, а также осколки деления — высокорадиоактивные ядра средних масс (от галлия до гольмия). Многое из этого можно с успехом применять в промышленности, медицине и научных исследованиях.

Ядерный топливный цикл, замкнутый по урану

Одна из главных целей переработки ОЯТ — повторное использование в качестве реакторного топлива, в том числе в составе МОХ-топлива или для реализации закрытого топливного цикла. Однако тут есть свои сложности. Во-первых, в ОЯТ присутствуют долгоживущие и радиотоксичные элементы с периодом полураспада более тысячи лет. Во-вторых, при переработке ОЯТ образуются самые высокоактивные РАО. В-третьих, это технологически трудно и затратно. Поэтому в одних странах ОЯТ считается отходом (США, Канада и Швеция), в других — ценным сырьем, идущим на переработку (Россия, Великобритания, Франция и Япония).

Открытый (разомкнутый) ядерный топливный цикл

Радиоактивные отходы в России

Помните формулировку из Федерального закона от 21 ноября 1995 г. N 170-ФЗ «Об использовании атомной энергии» о том, что РАО — это все то, что не подлежит дальнейшему использованию? Так вот, в России принята стратегия постепенного перехода на замкнутый ядерный топливный цикл. Поэтому ОЯТ не считается отходом, большая его часть отправляется на длительное (десятки лет и более) хранение с учетом возможности последующей переработки. Такой подход называется «отложенным решением».

В России ОЯТ транспортируется либо на ПО «Маяк» (г. Озерск, Челябинская обл.) для переработки, либо на Горно-химический комбинат (г. Железногорск, Красноярский край) для длительного хранения.

Что касается РАО, то их обращением на всех стадиях кроме финальной изоляции занимаются следующие предприятия:

ФГУП «ФЭО»(бывший РосРАО) — сбор, транспортирование, переработку, кондиционирование и хранение РАО 1 и 2 класса;

ФГУП «Радон» — сбор, транспортирование, переработку, кондиционирование и хранение РАО 3 и 4 класса;

В соответствии с Федеральным законом № 190-ФЗ от 11 июля 2011 г. «Об обращении с радиоактивными отходами и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» все РАО, накопленные и произведенные в стране, подлежат финальной изоляции. Исключительным правом на эту деятельность обладает ФГУП «Национальный оператор «НО РАО».

Обращение с РАО в России и предприятия, которые этим занимаются

Ну а как быть с постоянными новостями о доставке ядерных отходов в Россию? В сети, в том числе и на хабре, есть качественные разборы кейсов про Германию и Францию. Если коротко — все это не радиоактивные отходы, так как они подлежат дальнейшему использованию. Ввоз РАО на территорию нашей страны законодательно запрещен. Согласно уже знакомому нам Федеральном закону № 190-ФЗ от 11 июля 2011 г., в России установлен запрет на ввоз в Российскую Федерацию и вывоз из Российской Федерации радиоактивных отходов в целях их хранения, переработки и захоронения.

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