Способы утилизации 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

Способы переработки радиоактивных отходов — как утилизируют РАО

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.

В природе существует немало источников радиации, однако самые опасные радиоактивные вещества созданы руками человека.

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

Общая характеристика

Радиоактивные отходы формируются из различных источников, отличаются разнообразной формой и свойствами. Из самых важных характеристик радиоактивного мусора можно назвать концентрацию. Этот показатель демонстрирует размер удельной активности, то есть ту активность, которая приходится на одну единицу массы. Самой распространенной единицей измерения является Ки/Т. Таким образом, с увеличением данной характеристики, становятся более опасными последствия от таких отходов. Еще одной важной характеристикой является период полураспада. Она показывает длительность распада половины атомов в радиоактивном элементе. Отметим, что чем меньше этот период, тем больше энергии выделяют отходы, соответственно нанося больший вред. Однако, само вещество быстрее теряет свои свойства. Все радиоактивные вещества делят на классы не только с целью определения уровня опасности, но и с целью разработки правил поведения с ними:

• нужно гарантировать защиту специалиста, работающего с такими отходами
• нужно повышать уровень защиты окружающей среды от опасных соединений
• необходим контроль процесса обезвреживания отходов
• нужно прописывать уровень облучения на каждом могильнике, основываясь на документах
• необходим контроль накопления и использования радиоактивных элементов
• при возникновении опасности необходимо предотвращать аварии
• при возникновении чрезвычайной ситуации нужно ликвидировать все последствия.

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.

Компактирование

Отходы группы «Прессуемые» (сегрегированные в процессе сортировки и вторичные производственные РАО) подвергаются компактированию.

Предварительно отходы подпрессовываются на небольшом прессе с усилием 20 т внутри 100-литровой металлической бочки. Заполненные бочки с РАО компактируют на гидравлическом прессе с усилием 1500 т, а образующиеся небольшие по высоте цилиндры помещают в 200-литровые бочки. Процесс автоматизирован: все грузовые и складские механизмы (рольганг с цепным транспортером и тензометрическими весами, штабелер-манипулятор, толкатели, захваты, вращающийся стол и т.д.) управляются программатором, а персонал контролирует работы с пульта управления в отдельном помещении.

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.

Чтобы обезопасить среднеактивные РАО, требуется больше времени и усилий. Мусор перерабатывают и покрывают слоями бетона или битума.

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.

Правила уничтожения

В России вопросы радиоактивных отходов регулируются на законодательном уровне. С федеральным законом связывают некоторые документы. Захоронение РАО допускается только в изолированных местах. Запрещено загрязнять водные пространства и космос.

Выделяют несколько категорий отходов, каждая из которых должна хранится определенным образом. В России все еще остро стоит эта проблема. В стране не так много мест, где можно оборудовать специальные хранилища, а те, что есть, скоро будут заполнены. Не существует единого контроля за процессом утилизации.

Проблема хранения и уничтожения отходов становится международной. Пока нет единых решений, но страны активно обсуждают ситуацию и ищут варианты решения.

В могильники помещают только твёрдые и отвержденные РАО. Контейнеры для перевозки представляют одноразовые мешки, изготовленные из резины, бумаги и пластика. Помещение оснащается специальными холодильниками или защитными экранами.

Каждый вид отходов хранят разными способами. Подойдут холодильники для хранения разных органических материалов или специальные металлические барабаны, которые запаивают сверху. В такие контейнеры помещают пылевидные РАО. Оборудование для транспортировки покрывают водоупорной краской.

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.

Остекловывание

Оборудование установки остекловывания состоит из двух подсистем – концентрирования малосолевых растворов и отверждения концентратов. Подсистема концентрирования действует на основе роторных пленочных аппаратов и аналогична описанной выше установке.

Процесс приготовления стекла начинается с глубокого упаривания концентрата, до величины содержания солей 1000 г/л. Этот продукт смешивается с сырьевыми компонентами шихты для боросиликатного стекла – датолитом, бентонитовой глиной, кварцевым песком. В состав узла приготовления шихты входят:

• печь для сушки сырьевых компонентов;
• бункер;
• смесители;
• подъемник;
• шнековый питатель;
• пылеулавливающий агрегат;
• перистальтические насосы.

Шихта имеет пастообразную консистенцию, что препятствует образованию радиоактивной пыли.

Варка стекла производится в индукционном плавителе типа «холодный тигель» с использованием высокочастотных генераторов тока. Затем стекломасса через сливной затвор порционно удаляется в металлические контейнеры объемом 22 л.

Следующая операция – отжиг стекла – осуществляется в туннельной печи. За минуту стекло охлаждается на 1oС. Стеклоблоки в металлических контейнерах характеризуются высокой стабильностью и водоустойчивостью. Общая производительность установки – 75 кг стекла в час.

Все установки, где реализуются «горячие» технологические процессы (сжигание и остекловывание) оборудованы сложной системой очистки удаляемых газов от радиоактивных и токсичных компонентов.

Источник