Захоронение радиоактивных отходов: изоляция и хранение

Захоронение отработавшего ядерного топлива

Ядерное топливо представляет собой герметичный контейнер из сплавов циркония или стали, в который помещаются таблетки урана. Отработавшее ядерное топливо сохраняет примерно 95 % своей первоначальной энергии, другими словами, используется только 5 % энергии. Поэтому отработавшее ядерное топливо имеет значительную радиоактивность из-за содержания большого количества продуктов деления и склонно к самонагреву на воздухе до высоких температур. После снижения остаточного энерговыделения топлива (как правило, оно хранится в БВ или на периферии активной зоны в течение 2-5 лет) его направляют на хранение, захоронение или переработку.

Развитие технологий захоронения ядерных отходов является самым серьезным препятствием для развития атомной энергетики в мире. Специалисты разных стран исследуют разные варианты захоронения:

• подземное захоронение,
• на морском дне и под ним,
• запускать ракеты из атмосферы.

Подземное захоронение отходов признано перспективным, и концепция основана на сочетании естественных защитных барьеров с искусственными, снижающими возможность миграции радионуклидов в биосферу

Проблема захоронения РАО

Радиоактивные отходы (РАО) – это жидкие, твердые и газообразные вещества, материалы, которые после извлечения из них полезной ядерной энергии становятся непригодными для практического использования, но продолжают излучать радиацию. При этом, если части растений, оставшиеся после переработки овощей, можно выбрасывать на обычную свалку, где под воздействием бактерий они вскоре в считанные сроки превратятся в полезное удобрение, то с радиоактивными все гораздо сложнее напрасно тратить. В:

• выбрасываются на свалку, перерабатываются несколько столетий или даже тысячелетий, все это время они выделяют радиацию в атмосферу;
• при контакте с окружающей средой (землей, водой) заражают ее, радиация попадает в грунтовые воды, а оттуда в реки и озера; выращенные на зараженной земле, растения становятся опасными.

Важно! Без риска хранить ядерные отходы невозможно. Радиация никуда не уходит, она накапливается. На сегодняшний день существует множество способов захоронения, но ни один из них не является идеальным, дешевым или полностью безопасным

Безопасность захоронения радиоактивных отходов

Безопасность захоронения радиоактивных материалов зависит от метода обращения и типа захоронения. Может быть:

1. Кладбище. Место захоронения отходов – это территория, предназначенная для радиоактивных отходов с определенным статусом. Он лежит на поверхности или в неглубоком углублении (вырытой траншее, специально отведенном месте). Используется как место временного захоронения. Срок хранения РАО в могильнике не превышает нескольких десятков лет.
2. Хранилище. Рассчитан на несколько веков. Он выбран с учетом удаленности от жилых домов. Обычно в качестве хранилища используются старые урановые рудники или морское дно (РО находится на глубине более 1 тыс метров).

Перед хранением отходы обрабатывают и помещают в специальные контейнеры.

Старые могильники ядерных отходов

В Российской Федерации ежегодно хранится около 3 млн тонн ядерных отходов. Первые кладбища были построены еще во времена существования Советского Союза (озеро Карачай), их существование было тайной, места на карте не отмечены. Кладбище у озера Карачай используется с 1951 года. В 2015 году работы по его консервации были завершены. Основным источником начинки стал завод «Маяк» из Челябинской области.

За время эксплуатации в могильнике накопились материалы с радионуклидной активностью 150 млн кюри. Это излучение можно сравнить с шестью Чернобылями В мире постоянно появляются новые захоронения и закрываются старые. Последнее связано с тем, что ученые вынуждены следить не только за степенью освещения на участке, удобством хранения, но и за излучаемой радиацией. Каждое хранилище имеет свой порог количества радиации, и при его достижении хранилище сохраняется. Существуют специальные международные программы, регламентирующие порядок открытия депозитария и его заполнения.

Читайте также: Утилизация фритюрного масла: куда сдать и как переработать

Закон, регулирующий порядок принятия решения о захоронении радиоактивных отходов

Принципы надлежащего обращения с отходами, распространяющими радиацию, были разработаны МАГАТЭ. В Российской Федерации порядок принятия решений о способе захоронения радиоактивных отходов определяется федеральным законом Российской Федерации:

• Нет. 170-ФЗ — использование атомной энергии;
• Нет. № 190-ФЗ — об обращении с радиоактивными отходами и внесении изменений в действующие законодательные акты.

Федеральным законом РФ № 190-ФЗ разработаны методы обращения с различными видами радиоактивных отходов, определены степень ответственности за загрязнение, порядок финансирования кладбищ и других мест захоронения.

Обработка ядерных отходов перед их отправкой на хранение

Перед размещением в RW-репозиторий проверьте:

• о дозе и мощности испускаемого излучения;
• целостность упаковки.

Примечание! Если отходы выделяют радиацию сверх нормального уровня, их подвергают предварительной обработке.В России существует несколько видов обращения с ядерными отходами:

1. Застекленный. Метод подходит для жидких отходов. В сосуд с ними насыпают некоторое количество сахара, а горячей трубкой стараются выпустить пар. Полученный после выпаривания порошок смешивают с дробленым стеклом, помещают в индукционную печь. Расплавленную массу заливают в стальные емкости, промывают водой и отправляют в первую очередь к месту хранения.
2. Их перерабатывают для изготовления синтетических материалов, похожих на керамику, по методу «Шинрок». Его изобрели австралийские ученые. Радиоактивные отходы в специальных печах подвергаются воздействию давления и высоких температур.

Твердые радиоактивные отходы разлагают кислотами, сжигают, помещают под пресс для уменьшения объема, переплавляют. Обычные бытовые отходы, получившие дозу радиации и потому ставшие опасными (одежда, посуда, предметы быта, пыль) сжигают в печи, образовавшуюся золу заливают цементом.Другой способ утилизации пока находится на стадии экспериментов. Он называется трансмутацией и заключается в попытке изменить период полураспада опасных нуклидов.

Контейнеры для транспортировки и хранения РАО

Контейнеры, в которых хранятся опасные вещества, изготовлены из материалов, не способных пропускать радиацию или изменяться под воздействием. Этот:

• полиэтилен, обогащенный бромом;
• закаленная сталь;
• армированный бетон;
• вести.

Каждый контейнер, заполненный отходами, дополнительно помещается в сухую тару, покрытую антикоррозийными веществами, если они легко и быстро растворяются, помещаются на временное хранение, после чего обрабатываются.

Временное хранение РАО

Под временным хранением радиоактивных отходов понимается такое размещение радиоактивных материалов, при котором они могут быть вывезены из могильника в любое время для обработки или перемещения. При этом отходы должны быть изолированы от окружающей среды в соответствии со всеми действующими нормами и правилами безопасности. Радиоактивное топливо временно хранится в специальных бассейнах. Пункт временного захоронения ядерных отходов может находиться на территории конкретного предприятия или за его пределами, если это согласовано с представителями органов исполнительной власти субъекта Российской Федерации. При размещении отходов хранилище учитывает уровень опасности и негативные последствия, которые могут возникнуть в случае повреждения хранилища. В любой ситуации действуют в соответствии с правилами безопасности временного хранения радиоактивных отходов НП-052-04.

Хранилища РАО

На постоянное хранение отправляются только отдельные виды радиоактивных отходов. В Российской Федерации ежегодно перерабатывается более 2 млн тонн отходов; не надо в специальное хранилище для ядерных отходов.

Требования к хранилищам

Хранилище:

• находится не ближе 20 км от населенного пункта (зона отчуждения);
• должна иметь карантинную зону (санитарную) в 1 км.

Важно! Если на территории хранилища есть постройки, то они построены из металлов, не пропускающих радиацию. Кладбище, если законсервировано, работает оффлайн

Виды

Существует два типа хранения – «сухое» и «мокрое». Стоимость обслуживания и сохранности отходов зависит от их вида.

«Мокрые»

Используется для хранения радиоактивного топлива. При транспортировке и контакте с воздухом нагревается до +80 градусов Цельсия и нуждается в срочном охлаждении. Для этого топливо запускается в специальный блок охлаждения. Как только удается снизить температуру на 30-50 градусов Цельсия, емкость бросают в бассейн с водой и открывают крышку. Радиоактивный материал направляется на обезвреживание в особых случаях. Отходы складируются под слоем воды высотой 2 метра.

«Сухие»

Самый безопасный и дешевый способ хранения. Охлаждение материалов осуществляется за счет установки в складском помещении специальных воздуховодов, работающих на печную тягу. Зал отходов разделен на отделы. Хранилище полностью автономно, его работа не зависит от наличия электричества и исправности насоса, наполняющего емкости водой. «Мокрые» подшипники обычно являются временным вариантом.

Выбор места захоронения РАО

Захоронение радиоактивных отходов не может располагаться в:

• сейсмоопасная зона;
• зона с близким расположением грунтовых вод;
• районы, которым регулярно угрожают наводнения.

Место для создания депозитария выбрано исходя из действующих правовых норм и требований, предъявляемых к ним со стороны МАГАТЭ.

Основные способы окончательного захоронения РАО

Радиоактивные вещества, которые невозможно уничтожить, хранятся вечно. Для этого используются геологические и приповерхностные способы захоронения, схема которых давно отработана.

Геологическое захоронение

Отходы атомного производства сбрасываются в отработавшие глубокие шахты, опускающиеся на морское дно. Геологический способ захоронения считается самым практичным и дешевым. Однако это не всегда безопасно, так как даже полное нафталиновое захоронение может со временем испытать негативное проявление внешней среды – землетрясение, наводнение. Будущие поколения должны будут справиться с последствиями отсутствия в современном обществе другого способа избавления от отходов.

Способы утилизации РАО

Хранение радиоактивных отходов в могильниках – самый простой, но не самый эффективный способ их захоронения. Существуют альтернативные методы безопасного и эффективного захоронения радиоактивных отходов.

Плазменное сжигание и сжигание в печах

Материалы, которые могут гореть, сжигают, прежде чем выбросить. Захоронение таких радиоактивных отходов происходит в печах, специально предназначенных для этой цели. Там сжигают радиоактивные отходы, дым очищают целой системой фильтров, а пепел бетонируют и отправляют в могильники.

Более современный метод – сжигание в плазменных печах. Там радиоактивные материалы подвергаются пиролизу, в результате чего получается однородное вещество, удерживающее радиоактивные вещества. Бетонные материалы после обжига в плазменных печах не подвергаются воздействию.

Прессование

Прессование уменьшает объем загрязненных материалов за счет их сжатия. Для этого используются специальные прессы, которые уменьшают объем радиоактивных отходов в 3-5 раз. Есть еще «суперкомпрессоры» — особо мощные установки, позволяющие уменьшить объем в 10-15 раз.

Цементирование и битумирование

Радиоактивные материалы помещают в специальные контейнеры и заливают цементом или битумом. Это необходимо для защиты окружающей среды от воздействия радиоактивных веществ. Этот метод используется как как самостоятельный метод утилизации, так и как последний этап утилизации после сжигания, прессования и т.п

Остекловывание в боросиликатном стекле

Витрификация — включение высокоактивных радиоактивных отходов в боросиликатное стекло, позволяющее надежно фиксировать радионуклиды в прочной стабильной матрице. Один из самых безопасных способов утилизации радиоактивных отходов.

Современные методы

Постоянно совершенствуются методы захоронения радиоактивных материалов, внедряются новые и совершенствуются старые. Передовой опыт включает в себя:

• Synrock — это метод нейтрализации высокорадиоактивных отходов путем помещения в них синтетических материалов, нейтрализующих радиоактивные элементы.
• Инкапсуляция — размещение радиоактивных отходов в герметичных металлических контейнерах с помещением внутри радиоактивных материалов, а затем их удаление.

Приповерхностное захоронение

Метод временного захоронения, заключающийся в выделении отдельных территорий для складирования отходов. На такой территории выкапывается траншея, куда помещаются бочки с радиоактивными материалами. Иногда их кладут на поверхность вовсе, не заглубляя. В результате появляются «коричневые лужайки» (название связано с цветом бочек).

Неиспользуемые или запрещенные методы

Отходы не всегда размещаются на морском дне или сбрасываются в глубокие шахты. Есть и другие способы утилизации опасных материалов, но они не всегда работают и используются.

В море

Некоторое время назад правительства Бельгии, Франции и Германии избавлялись от отходов, сбрасывая их в море. Сейчас это запрещено.

В глубоких океанских отложениях

К неиспользованным методам организации места захоронения относится размещение его под морским дном на необитаемых островах. Это возможный, но никогда не проверенный вариант.

В разломах литосферных плит

Метод не используется, это разновидность сброса отходов в море. Разработчики предлагают размещать вредные вещества в литосферных разломах, где они могут быть захвачены магмой и лавой и захоронены в земной коре.

В ледниковых щитах

Этот способ захоронения также не практикуется. Суть его сводится к размещению отходов в самоподогревающихся контейнерах и их транспортировке в Антарктиду или Гренландию. Горячий контейнер растопит лед и погрузится глубоко в ледяной щит.

В космосе

Считается, что отходы можно вывести на низкую околоземную орбиту или направить в сторону Солнца. Но оба варианта слишком опасны и дороги, поэтому всерьез не рассматриваются. Радиоактивные отходы — один из самых вредных видов отходов. Они опасны для людей и природы, трудно поддаются уничтожению. На международном уровне разработаны программы, предполагающие размещение материалов и веществ, излучающих радиацию, на временное или постоянное хранение. Это не решает проблему существования РАО, но дает надежду будущим поколениям. Безопасность при захоронении радиоактивных отходов Закон Проблема захоронения радиоактивных отходов Регламент порядка принятия решения о захоронении радиоактивных отходов Хранилища старых ядерных отходов

Другие способы захоронения РАО

Существуют и другие способы утилизации отходов атомной промышленности. Но ни одна из них не была решена мировым сообществом. А некоторые так и остались только теорией.

Удаление в море

Метод предполагает, что ядерные отходы необходимо перевозить морским транспортом и сбрасывать в море в специальной упаковке. Его уже несколько лет используют Бельгия, Франция, Германия. Сейчас такой способ утилизации запрещен.

Сброс радиоактивных отходов в море

Удаление под морское дно

Метод предусматривал создание могильников под морским дном. Для доступа он закапывал радиоактивные обломки рядом с необитаемыми островами или небольшими участками земли. Из этого ничего не вышло.

Удаление в зоны подвижек

Основная идея метода заключалась в удалении ядерных отходов в районе разломов литосферных плит в недрах морей и океанов. Извергавшиеся потоки магмы и лавы должны были, по замыслу авторов, захоронить радиоактивные вещества в толще земной коры. Метод не был одобрен международным сообществом, так как являлся одной из уже запрещенных форм вывоза в море.

Захоронение в ледниковые щиты

Суть альтернативы в том, что самонагревающиеся контейнеры можно размещать в ледниках Антарктиды и Гренландии. Из-за высоких температур сами контейнеры растопят лед и уйдут в толщу щита. Барьер должен обеспечивать новообразованный лед. Несмотря на продолжающиеся исследования, метод остался в теории по разным причинам.

Удаление в космическое пространство

Суть этой разработки в том, чтобы навсегда отправить ОЯТ в космос. Предлагалось стрелять ими по солнцу или выводить на низкую околоземную орбиту. Метод был отвергнут как дорогой и потенциально опасный.

Международные проекты

После окончания холодной войны международное сообщество сотрудничает в области оптимального удаления ядерных отходов. Единой стратегии решения проблемы пока нет. Но под эгидой ООН продолжаются дискуссии о международных проектах. Один из них – строительство общего крупного могильника в малонаселенных районах России или Австралии. Но разработка такого проекта встретила большое количество протестов.

Концепция замкнутого ядерного цикла

Концепция замкнутого ядерного топливного цикла (ЗЯТЦ) заключается в переработке выгруженного из реактора ОЯТ. После этого полученный материал можно использовать повторно. Цепочка может повторяться много раз. Это позволяет сократить добычу урана, а в дальнейшем и вовсе заморозить его.

В России Росатом занимается созданием объектов ЗЯТЦ. Компания «Маяк» разрабатывает и испытывает необходимое оборудование. Ученые оттачивают технологии и исследуют эту область ядерной энергетики.

Ядерные могильники в России

Обращение и захоронение радиоактивных отходов регулируется законодательством России. Ежегодно страна производит 5 миллионов тонн ядерного топлива. 3 из них инвалиды. В будущем они будут похоронены.

• озеро Качай;
• река Теча;
• город Озерск, где расположен завод «Маяк», принадлежащий компании «Росатом».

Проблемы системы обращения с РАО в России и возможные пути ее решения

Ядерные отходы хранятся на атомных электростанциях. Помимо них, используется еще и топливо. Временные «бассейны» радионуклидов давно переполнены. И полностью оборудованного кондиционера нет нигде.

Основная проблема захоронения радиоактивных отходов – острая нехватка оборудования для прессования и сжигания. Также не хватает современных технологий.

Решением проблемы, на данный момент, является отказ от длительного хранения в пользу окончательного захоронения радиоактивных отходов. В качестве еще одной меры предлагается сократить количество поверхностных хранилищ на АЭС и предприятиях атомной отрасли. Новые технологии в этой области помогут более эффективно защитить все живое от воздействия радиации.