Способы утилизации отходов аэс

Способы переработки ядерных отходов и их захоронения в России

Радиационное загрязнение приносит смертельную опасность. Больше 20 стран используют радиоактивные материалы в промышленности, энергетике и научных исследованиях. Ни одна страна не нашла безопасного и долговечного места для содержания ядерных отходов. С каждым годом эта проблема становится острее, поскольку старые сооружения не в состоянии накапливать заражённый мусор.

Понятие ядерных отходов

Такие материалы представляют собой опасные вещества с радионуклидами. Согласно ФЗ № 170 «Об использовании ядерной энергии» субстанции с радиоактивными составляющими повторно применять запрещается. Они излучают огромные дозы радиации, что приводит к разрушению организма. В Россию нельзя ввозить ядерные отходы из других стран.

В зависимости от степени насыщенности опасными элементами РАО делят на такие виды:

1. Низкорадиоактивные — до 0,1 Кюри на 1 м³.
2. Средней активности — от 0,1 до 1 тыс. Кюри на 1 м³.
3. Высокорадиоактивные — от 1 тыс. Кюри на 1 м³.

Отходы классифицируются на твёрдый ядерный мусор, жидкие растворы и части конструкций реакторов на АЭС. Первая группа включает предметы техобслуживания энергетических предприятий, одежду персонала, бытовой мусор. Утилизация происходит путём сжигания в печи, а пепел смешивают с цементом. Жидкий состав заливают в ёмкости и перемещают в хранилище.

Ко второй категории относят воду для очистки костюмов и мытья сотрудников, технологические растворы. Жидкость перерабатывают, и она становится топливом для атомных реакторов. Элементы механизмов, транспорта и инструментов технического контроля предприятий относятся к третьему виду. Утилизация таких вещей — дорогостоящий процесс. Для подобных объектов строят саркофаг или частично демонтируют с целью снизить уровень радиации. Снятые фрагменты отправляют на захоронение.

РАО путают с отработанным ядерным топливом. Последнее содержит в себе тепловыделяющие элементы с фрагментами цезия 137 и стронция 90. Эти радиоактивные нуклиды применяются в промышленности, медицине, сельском хозяйстве. Такие растворы — ценный источник получения нового топлива для АЭС и изотопов. Отдельным видом отходов считаются жидкие технологические РАО. Они формируются после работы оборонных предприятий, АЭС и изготовления радиоизотопной продукции.

Методы утилизации

Субстанции с нуклидами применяются в различных сферах. Источники заражённого материала — АЭС, электростанции и научные институты при исследовании излучений. В промышленности эти материалы используют для ликвидации микроорганизмов, бактерий и вирусов на продуктах питания.

Переработка ядерных отходов в России проводится на специальных комбинатах. Когда на предприятии появляются РАО, начинают сбор, дают характеристику мусору и проводят сортировку. После временного хранения ненужные материалы отправляются на заводы, где происходит их уничтожение. Технология утилизации зависит от вида остатков и правил обращения с ними.

Сжигание опасного мусора

Процесс происходит в специализированной печи. Она проектируется так, чтобы снизить выброс радиации в атмосферу. Пепел смешивают с цементным раствором и наполняют резервуары. Эти контейнеры отправляют на склады в шахты или соляные штоки. Таким способом избавляются от облучённого сырья: дерева, бумаги, одежды и других вещей со средним или маленьким уровнем радиации.

Сжатие и цементирование

Твёрдые отходы уменьшают в размере. Метод не применяют для легко воспламеняющихся и взрывоопасных материалов. Уплотнение подходит для веществ с невысоким уровнем опасности. Утилизация ядерных отходов в России с помощью цементирования считается распространённой практикой. Облучённые фрагменты помещают в контейнеры и заливают раствором из химических элементов. На такие смеси не влияет внешняя среда. Способом пользуются при захоронении жидкостей со средним уровнем радиации. Текучие вещества соединяют с битумом. Эта процедура сложнее, чем цементирование. Главное преимущество битумирования — испарение влаги.

Вторичное использование

В энергетике радиоактивные материалы эксплуатируются не до конца. Отработанные элементы используются повторно как источник энергии. Изотопы помогают обрабатывать продукты и запускают термоэлектрические реакторы. За границей проводят регенерацию топлива. В процессе выделяют до 3% урана 235 и плутония 239. Европейские АЭС переправляют ядерные отходы для подобной переработки в США, но утилизация радиоактивных отходов в России таким методом не развивается.

Остекловывание и захоронение

Стекло в состоянии поглотить инородные вещества в огромных объёмах. Такой обработке подвергают вещества разного уровня загрязнения. Опасный мусор заливают расплавленным стеклом в стальных ёмкостях — кокилях. В РФ процедура реализуется с помощью печи прямого электрического нагрева. Она создаётся из огнеустойчивого материала и делится на 3 зоны. В каждую из них закрепляют молибденовые электроды для проведения тока. Полученная стекломасса переливается в бидоны.

Контейнеры после охлаждения и герметизации скрепляют по 3 штуки и транспортируют в хранилище. Для отвержения отходов применяют другие материалы: стеклокерамику, витромет, суперкальцинаты. После переработки отходы отправляют в специально оборудованные места — могильники. Из предприятий РАО забирают в твёрдом состоянии и в правильной упаковке. Захоронения делятся на следующие виды:

1. Геологические — для отходов используют постройки в крепких слоях породы на глубине от 100 метров. Они подходят для высокорадиоактивных материалов.
2. Приповерхностные — сооружения с контейнерами размещаются близко к земле или в шахтах. В таких местах прячут вещества с незначительной степенью радиации.
3. Глубоководные — заражённые ёмкости опускают в море до 1 тыс. м.
4. Могильники в глубинных отложениях дна — контейнеры опускают ниже 1 тыс. м.
5. Под дном океана — ядерный мусор хранится в постройках прибережной линии.

Могильники радиоактивных отходов в России на воде прекратили создавать в 1984 году, поскольку они выдерживали десятилетие. Хранилища сооружают в местах, где они не подвергнутся влиянию воды, землетрясения или других природных явлений. На АЭС строят конструкции для временного содержания таких контейнеров.

Сохранение РАО на территории РФ

Утилизация проходит на специальных комбинатах с соответствующим оборудованием. Каждый год в стране набирается до 5 млн тонн РАО, а переработке поддаются 60%. До 2025 года планируется содержать 89,5% веществ в безопасной форме, а остальное — в ёмкостях и временных сооружениях.

Для хранения ядерных отходов в России использовали реку Теча — первый могильник РАО времён СССР. В 1957 году, кроме хранения радиоактивных материалов, добавились фрагменты воспламенения опасных контейнеров. Появившееся после взрыва облако развеяло вредные элементы на 300—350 км. После аварии хранилище построили на озере Карачай.

Засуха 1967 года привела к распространению отходов в радиусе десятков километров. После этого водоём начали консервировать. В озере сохраняется до 200 тыс. м3 суглинков с радиацией.

В 1978 году для сейсмического зондирования провели подрыв объекта Кратон-3 в Якутии. Выброс радиоактивных веществ способствовал формированию облака, которое накрыло ближние посёлки. После аварии заражённое оборудование и землю из площадки закопали на глубину 2,5 м и засыпали грунтом. Радионуклиды распространились на территории в 5 тыс. м2 и в систему реки.

В районе Красноярска расположилось огромное геологическое захоронение радиоактивных отходов. На территории собрали жидкие РАО. Отходы закачивали в землю на глубину от 50 до 500 м. По состоянию на 2012 год полигон вмещал от 88 тыс. м3 мусора. Каждый год его количество увеличивается на 100 тыс. м3.

На Кольском полуострове в губе Андреева размещается хранилище непригодного ядерного горючего из реакторов подводных лодок. В 1982 году после аварии в здании комплекса в Баренцевом море вытекло 700 тыс. тонн заражённой воды. В бетонных стержнях заключены 22 тыс. опасных элементов. В 2017 году началась процедура вывоза РАО из этой территории.

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