Способы утилизации ядерных отходов среднего уровня

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

Утилизация и переработка радиоактивных отходов

Среди промышленного и медицинского мусора отдельным пунктом выделяют радиоактивные отходы, содержащие опасные химические элементы, не представляющие ценности.

Такой мусор требует особого отношения, из-за высокого уровня опасности. Поэтому сбор, хранение, транспортировка, утилизация радиоактивных отходов (РАО) регламентируется и контролируется на федеральном уровне.

Переработка РАО в зависимости от их активности

Опасные вещества имеют разный уровень активности, который обуславливает характер работы с ними.

РАО бывают трёх групп:

• низкоактивными;
• среднеактивными;
• высокоактивными.

Утилизация, захоронение, переработка радиоактивных отходов зависят от степени активности, согласно указанным группам:

Степень активности	Особенности
Низкая	Допустимо хранение внутри герметичных контейнеров, предназначенных для этой категории мусора. Обезвреживаются на протяжении нескольких лет, затем, утилизируются на общих основаниях.
Средняя	Содержание отбросов возможно внутри бочек из разных сплавов. Радиоактивные отходы заливают несколькими слоями битума и цемента. Обезвреживание длится десятилетия.
Высокая	Обеззараживание не происходит, поскольку активность веществ сохраняется веками. Отбросы используются повторно (рециклинг), а бесполезный остаток подлежит захоронению внутри глубоких колодцев скальных пород, предварительно залитый стеклом.

Методы утилизации

Радиоактивный мусор — категория отработанных материалов, которая требует особого отношения, поскольку входящие в неё вещества опасны для человека и природы. Утилизация ядерных отходов, как и переработка, сбор, хранение, транспортировка зависят от уровня активности составных элементов.

Мусор этой группы обрабатывается перед транспортировкой к месту захоронения во избежание нанесения вреда людям, флоре и фауне. Обработка призвана снизить уровень опасности радиоактивных отбросов, подлежащих утилизации.

Для этого используют несколько методов:

• сжигание;
• сжатие;
• цементирование;
• вторичную переработку;
• остекловывание.

Сжигание опасного мусора

Материалы из дерева, текстиля, бумаги, картона, резины, а также другие ТБО, контактировавшие с радиоактивными веществами низкого или среднего уровня, сжигают. Процесс переработки происходит внутри специальных камер, предотвращающих или минимизирующих попадание опасных частиц в окружающую среду.

Термическая обработка не нивелирует уровень радиации, а только снижает. Поэтому остатки отходов смешивают с раствором цемента и заливают в герметичные контейнеры. Их захоронение происходит в специально оборудованных шахтах, складах, соляных штоках.

Сжатие и цементирование

Для обработки радиоактивных отходов низкого, среднего уровня активности применяют сжатие. Прессы уплотняют ядерные отбросы, уменьшая объём до десяти раз.

Полученный материал, имеющий радиационный фон, заливают цементным раствором и захоранивают как сожжённый опасный мусор. Зацементированные отходы после сжатия, хранящиеся в специальных контейнерах, не представляют опасности для экологии.

Вторичное использование

Повторное использование радиоактивных отходов — хороший способ уменьшить количество бесполезных опасных отбросов. Отработанное ядерное топливо в некоторых странах перерабатывают для применения в качестве источника энергии, снижая уровень опасности, наносимой окружающему миру.

Радиоактивные отбросы применяют как источник энергии для термоэлектрических реакторов, для обработки продуктов питания. Оставшиеся бесполезные вещества подлежат захоронению, используя один из указанных методов.

Остекловывание и захоронение

Методы утилизации радиоактивных отходов, кроме указанных, включают остекловывание, поскольку стекло способно поглощать большие объёмы опасных веществ.

РАО любого уровня активности складывают внутрь специальных стальных контейнеров и заливают жидким стеклом. Материал разжижается благодаря использованию печи электрического нагрева.

Чтобы предать мусору твёрдости, применяют суперкальцинаты, стеклокерамику. После тщательной герметизации полученной смеси, её захоранивают в оборудованных могильниках.

Сохранение РАО на территории РФ

Сбор, хранение, обработка, захоронение ядерных отходов, их утилизация в России регулируется и контролируется на федеральном уровне. Обращение с этой категорией мусора допускается только с использованием специального оборудования на комбинатах, имеющих соответствующую лицензию. Предприятия, использующие радиоактивные вещества (АЭС) обустраивают для такого мусора хранилища.

Ранее (середина прошлого столетия) к вопросу захоронения радиоактивных отбросов подходили недостаточно ответственно, поскольку информация о вреде таких отходов была неполной.

С пятидесятых по восьмидесятые годы отработанные опасные материалы хранились на дне рек, озёр, неглубоко под землёй. Эти действия привели к серьёзным авариям в могильниках (оз. Карачай, р. Теча, г. Озерск, Якутия, Красноярский край, губа Андреева) и, как следствие, радиационному заражению огромных территорий.

В современной России принимаются меры по реабилитации прежних могильников для уменьшения опасности, разрабатываются новые места захоронения с учётом водной недоступности, сейсмоактивности, характеристики грунтов. Лучше для этих целей подходят отработанные соляные шахты.

С 1984 года в России прекращены захоронения на территории водоёмов. Проводится сбор вредных элементов на объектах Якутии, а с 2017 г. ответственные организации приступили к вывозу РАО с губы Андреева.

В 2016 г. Правительством РФ определены шесть пунктов захоронения на территории Ленинградской, Свердловской, Челябинской, Томской областей, Красноярского края, соответствующих нормам экологической безопасности. Это объекты глубинного и приповерхностного типов для радиоактивных отходов с разной активностью и периодами распада.

Дезактивация

Как было обозначено, утилизация РАО не снижает уровень радиации до нуля, а только частично уменьшает степень излучения. Изыскиваются новые способы и места захоронения, производятся усовершенствованные герметичные ёмкости, предотвращающие попадание опасных веществ в воздух, воду, почву. Разрабатываются новые методы обработки, дезактивации, утилизации ядерных отбросов.

В России применяется несколько способов обезвреживания радиоактивных отходов перед захоронением:

• применение карбоната натрия;
• растворение в азотной кислоте;
• элюирование почвы;
• обработка жидких отходов.

Каждый из способов имеет свои положительные и отрицательные стороны, но без них уровень радиации мусора снизить не представляется возможным.

При помощи карбоната натрия

Дорогой, эффективный способ обезвреживания твёрдых отходов, попавших в грунт.

Алгоритм действий:

1. Радионуклиды выщелачивают карбонатом натрия.
2. Частицы иона извлекают радионуклиды из состава щёлочи.
3. Используя магнит, удаляют хелатные комплексы.

Несмотря на эффективность, метод имеет недостатки, поскольку карбонат натрия не может извлекать все радиоактивные соединения из ядерных отходов.

Растворение в азотной кислоте

Способ применим к радиоактивным осадкам и пульпам. РАО растворяют в кислоте и гидразине, а затем остекловывают. Дальнейший процесс включает упаковывание раствора в ёмкости и захоронение. Метод не уступает по эффективности предыдущему. Но упаковывание и утилизация такого материала стоят много для перерабатывающих предприятий.

Элюирование почвы

Если грунт заражён радиоактивными веществами низкой степени активности, его можно обработать водой или соответствующими растворами-нейтрализаторами. Элюирование выполняют применяя растворы аммиака или воды с аммониевыми солями.

Метод дезактивации малоэффективен, если требуется извлечь радиоактивные вещества, химически связанные с почвой. Элюирование наиболее щадящее мероприятие для экологии.

Дезактивация жидких отходов

Жидкий радиоактивный мусор тяжело собирать, хранить, утилизировать и обезвреживать. Сложность состоит в агрегатном состоянии, обуславливающий ограниченное количество способов воздействия на отбросы.

Утилизация жидких РАО – дорогой, трудоёмкий процесс, упростить который может дезактивация.

Ядерные отбросы — вид мусора, требующий строгого соблюдения правил сбора, хранения, утилизации, захоронения. Обращение с РАО обусловлено степенью активности веществ, периодом распада, агрегатным состоянием отработанных материалов. Работа с радиоактивными отходами контролируется на Федеральном уровне.

Проблема захоронения радиоактивных отходов

Классификация, хранение и утилизация радиоактивных отходов

Что такое промышленные отходы, методы ликвидации и захоронения

Радиоактивное загрязнение окружающей среды

Обезвреживание отходов: отчет, методы и способы

Отходы класса А, Б, В, Г, Д в медицине: что к ним относится, сбор и утилизация

Классы медицинских отходов: сбор и утилизация

Продолжительность и правила хранения отходов

Инструкция по обращению с отходами: закон, регламент, отчет

Системы обезвреживания медицинских отходов: автоклавирование, СВЧ

Твердые коммунальные отходы: что это за отходы?

Источник