Переработка ядерных отходов является стратегически актуальным направлением российской атомной отрасли, а не маргинальной технологией — Россия обладает одной из немногих в мире промышленных инфраструктур для переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) на предприятиях ПО «Маяк» (Озёрск) и Горно-химическом комбинате (Зеленогорск). Технология водно-растворной экстракции (PUREX) позволяет извлекать до 97% урана и плутония из ОЯТ для производства МОКС-топлива, используемого в реакторах на быстрых нейтронах в рамках проекта «Прорыв» с целью создания замкнутого ядерного топливного цикла. Россия оказывает услуги по переработке ОЯТ для стран Восточной Европы (Болгария, Венгрия, Украина) с возвратом кондиционированных отходов заказчику, что подтверждает коммерческую востребованность технологии. Все процессы строго регламентированы Федеральным законом №190-ФЗ «Об обращении с радиоактивными отходами» и контролируются Росатомом с соблюдением международных стандартов МАГАТЭ по радиационной безопасности. Переработка ОЯТ снижает объём высокорадиоактивных отходов на 4–5 раз и сокращает сроки изоляции с 300 000 до 10 000 лет, что делает её ключевым элементом устойчивого развития атомной энергетики в России до 2050 года.
Захоронение ядерных отходов – не выход, на свалку их отправлять тоже нельзя. Отработавшие материалы по возможности следует перерабатывать, но для этого допустимо использовать далеко не каждый из способов, предназначенных для утилизации вторсырья. В России такая практика введена сравнительно недавно. Методы переработки ядерных отходов совершенствуются, а пока на захоронение отправляется большое количество веществ. Но при обращении с ними нужно проявлять осторожность, т. к. материалы этой категории являются чрезвычайно опасными.
Научное определение ядерных отходов и природа опасного мусора
Радиоактивные отходы или РАО – материалы, содержащие радиоактивные компоненты (изотопы химических элементов), утратившие свойства. Они более не могут применяться в тех отраслях промышленности, где были задействованы при первичном использовании. Радиоактивные отходы часто называют ядерными. Однако между этими понятиями есть тонкая грань:
- радиоактивный мусор не может больше использоваться: это технологические отходы, содержащие радионуклиды, их отличает разрушительное действие в отношении любых материалов, веществ;
- отработавшее ядерное топливо (ОЯТ) – ценный ресурс, применяется для получения многих компонентов (продуктов деления при распаде), их можно использовать в разных сферах.
Где образуются радиоактивные отходы
Учитывая, что в процессе деятельности промышленных объектов образуются различные материалы (побочные продукты), можно отметить большое количество источников их появления:
- АЭС;
- НИИ в сфере атомной энергетики;
- разработки военных объектов (ядерного оружия);
- объекты разного назначения (сферы медицины, сельского хозяйства и др.);
- природные источники материалов, используемых на промышленных предприятиях;
- суда атомного флота.
РАО образуются также вследствие возникновения аварийных ситуаций, которые приводят к загрязнению окружающей среды.
Правовая база работы с ЯО и необходимая документация
Основными законами, регулирующими деятельность объектов атомной энергетики, а также определяющими условия, при которых обеспечивается безопасность во время работы с опасными веществами, являются:
- ФЗ №170;
- ФЗ №190;
- Постановление правительства № 1069.
Кроме того, для переработки ядерных отходов необходимо получить разрешение от контролирующего органа – оформляется лицензия на выполнение операций с чрезвычайно опасным мусором. Необходимо предоставить паспорта на каждый вид материала, утратившего первоначальные свойства, для этого определяют их классы опасности. Образование таких отходов ограничивается установленными лимитами (на производство и накопление).
Три степени радиации ядерных отходов
Явление радиоактивности – способность ядер атомов некоторых природных веществ или синтетических материалов превращаться в другие ядра. Этот процесс развивается спонтанно, сопровождается появлением радиоактивного излучения. Как результат, опасность пребывания вблизи таких отходов возрастает. Меры радиационной безопасности определяются с учетом свойств излучения, степени его опасности. Различают:
- альфа-излучающие: содержат тяжелые частицы (положительно заряженные), проникающая способность низкая, такое излучение можно задержать листом бумаги, 1 слоем одежды, оно представляет опасность для открытых слизистых оболочек (органов зрения), но не для неповрежденной кожи;
- бета-излучающие: содержат электроны (отрицательно заряженные), проникающая способность средняя, для защиты используют стекло, алюминий, одежда также хорошо защищает тело от излучения;
- гамма-излучающие: имеют сходную с видимым светом электромагнитную природу, характеризуются высокой проникающей и поражающей способностью (распространение на сотни метров), для защиты применяют специальные экраны, рассматривают косвенные факторы, повышающие уровень безопасности – время и расстояние.
К первым двум группам относят отходы, которые содержат сложнодетектируемые альфа- и бета-излучающие радионуклиды. Для сравнения материалы третьего вида включают в состав легкодетектируемые гамма-излучающие радионуклиды.
Особого внимания заслуживают долгоживущие радионуклиды, которые продолжают загрязнять экосистему в течение длительного периода.
Какие бывают ядерные отходы по активности
Отработанные вещества, материалы разделяют на группы и по другим критериям. Например, определяющим является активность вещества. Это явление, сопровождаемое ростом интенсивности процессов распада атомных ядер за 1 единицу времени (Кюри): 1 Ки = 3,7*1010расп./с. Различают:
Низкорадиоактивные – до 0,1 Кюри/1 м3
При использовании материалов на предприятиях ядерной энергетики или другого назначения оценивают все их свойства, определяют уровень причиняемого вреда. Отходы данной категории часто не распознаются детектором. К низкорадиоактивным относят как опасные, так и безвредные материалы с объектов атомной промышленности. Их отличает низкая интенсивность выделяемого тепла.
Среднеактивные – от 0,1 до 1 тыс. Кюри/1 м3
По уровню опасности отходы близки к чрезвычайно вредным – они характеризуются высоким тепловыделением. Однако действие мусора этой категории не столь опасно, как некоторых прочих видов, т. к. нет необходимости в активном отведении тепла.
Высокорадиоактивные – от 1 тыс. Кюри/1 м3
Материалы этого вида чрезвычайно опасны. Их нельзя отправлять в утиль или на полигоны для захоронения без соблюдения главных мер безопасности. Отходы этой категории отличаются высокой интенсивностью нагрева, что предполагает необходимость принудительного охлаждения.
Классификация ядерных отходов по форме. Особенности утилизации
Отличают материалы, утратившие первоначальные свойства, по структуре. В каждом из случаев переработка радиоактивных отходов проводится с использованием специально разработанных технологий. Это позволяет предупредить высвобождение опасных компонентов. Основные виды ядерного мусора:
- твердые РАО: бытовой утиль с разных объектов, текстиль, изделия, отслужившие свой срок вследствие регулярного проведения техобслуживания предприятий, которые занимаются производством ядерной энергии, – такой мусор содержит долгоживущие радиоактивные изотопы, а потому требует тщательной и максимально эффективной защиты окружающей среды;
- жидкие РАО (смыв с одежды, технологические растворы): могут представлять категорию низко-, средне-, высокорадиоактивных материалов, из них образуются твердые отходы, причем жидкости сложнее всего перерабатывать из-за их нестабильности, для этой цели рассматривают два решения (очистка от радионуклидов, их концентрация в минимальном объеме);
- части конструкций ядерных реакторов на АЭС: наиболее опасные отходы, т. к. содержат существенное количество радионуклидов высокой активности, к данной группе относят части механизма, транспортных средств, а также инструментов, при помощи которых осуществляется технический контроль предприятий (утилизируются поэтапно: проводится обезвреживание, выдержка времени на снижение интенсивности излучения).
Ценность и сфера применения РАО
Наибольшую ценность представляет ядерное топливо. Отработавший материал подлежит частичному восстановлению. Так, при этом получают новое топливо. Другие компоненты тоже могут использоваться (чаще всего рассматривают для этой цели цезий-137 и стронций-90).
Изотопные источники применяются отдельно от полученного топлива. Такие отходы используются в медицине, разных отраслях промышленности и даже сельском хозяйстве.
Переработка ядерных отходов
Существует несколько способов утилизации материалов, содержащих радионуклиды. При выборе учитывают характеристики отходов, поведение при различных условиях, а также типы компонентов, которые выделяет перерабатывающая установка.
Сбор с определением типа мусора и его сортировкой
Основные этапы обращения с отработавшими веществами на объектах атомной энергетики:
- сбор;
- определение характеристик и разделение на категории, что позволяет выбрать операции для дальнейшей переработки ядерных отходов в России;
- отправка на участки для временного хранения с соблюдением мер безопасности.
Вывоз ядерных отходов оператором, имеющим лицензию на данный вид деятельности
Когда РО принимает отходы, вместе с тем на организацию ложится ответственность за материалы, вещества, утратившие первоначальные свойства.
Причем допускаются к работе с таким мусором только компании, получившие лицензию на совершение основных операций.
Переработка ядерных отходов на специализированных комбинатах
Чаще всего на заводах, которые занимаются производством ядерного топлива и других материалов, нет возможности для эффективной переработки, захоронения мусора. В этом случае вещества, утратившие первоначальные свойства, перенаправляют на специализированные комбинаты, где применяют разные технологии:
- температурное воздействие;
- захоронение при помощи специальных составов;
- вторичное применение для получения энергии.
Сжигание в специализированной печи
Процесс основан на окислении активных компонентов, в результате образуется газ, а также твердый остаток. Остается еще меньше веществ, которые можно перерабатывать: сажа и конденсат. Применяют установки разных видов (отличаются методом подачи воздуха). Таким способом утилизируют материалы:
- деревянные конструкции;
- текстиль;
- макулатуру и другие изделия, на которых задерживается малая доза радионуклидов.
Сжатие и цементирование
Если необходимо утилизировать жидкости с умеренным уровнем радиации, нужно подробнее изучить вопрос, как перерабатывают ядерные отходы. При этом не используют добавки (гравий, песок), чтобы снизить затраты. Содержание примесей (радиоактивных отходов) может повлиять на скорость затвердевания массы. Чтобы исключить такую вероятность, применяют различные добавки, нейтрализующие активные компоненты в составе РАО.
Битумирование текущих веществ
Технология основана на применении битума, как основного материала для стабилизации отходов. Чаще всего такой метод используется для захоронения жидких веществ. Принцип переработки основан на выпаривании текучих компонентов из отходов. Сухой остаток смешивается с битумом. Существуют разные виды материалов данной категории. Однако для захоронения РОА применяют те из них, что соответствуют опасным отходам по вязкости (при температуре в пределах 100°…200°С).
Смешивание с расплавленным стеклом и захоронение
Это основной метод захоронения отработавших материалов высокого уровня опасности, т. к. стекло отличается устойчивостью к воздействию компонентов РАО. Принцип захоронения разный:
- радионуклиды входят в структуру стекла;
- опасные частицы содержатся во включениях, которые окружены стекломатрицей.
При этом РАО отличаются стабильностью, не меняют структуру, не выделяют газообразные компоненты. Это позволяет обеспечить их полную безопасность в хранилище.
Вторичное использование в качестве источника энергии
Радиоактивные отходы на территории России отправляются на специальные полигоны для долгосрочного захоронения. Для сравнения за рубежом (например, в США) практикуется переработка с целью получения топлива, как альтернативного источника энергии. Но общий объем отходов, которые утилизируют таким способом, пока не слишком большой. Основным все еще остается метод захоронения РАО.
Типы захоронений
Существуют разные способы стабилизации отработанных материалов, веществ. Если не планируется их перерабатывать, рассматривают варианты захоронений:
- геологические: отходы опускают на глубину 100 м и более, главное условие при этом – выбор местности с плотным грунтом, предназначается такой метод для наиболее опасного мусора;
- приповерхностные: данный вариант обычно выбирают для захоронения слабоопасных материалов, их располагают на малой глубине относительно поверхности почвы, иногда –в шахтах;
- глубоководные: РАО спускают в водоемы на глубину до 1 тыс. м;
- могильники: создаются для захоронения отработавших материалов, которые представляют существенную опасность, глубина захоронения – более 1 тыс. м (глубинные донные отложения);
- под дном океана: отходы располагают на максимальной глубине, строительство объектов ведут на прибрежной линии.
Особенности хранения облученного ядерного топлива и программа замыкания ядерного топливного цикла
Сейчас проводятся разработки наиболее эффективного метода утилизации ОЯТ. Особенность такой технологии: уменьшение объема твердых и отсутствие жидких отходов. Принцип переработки ядерного топлива определяется его составом. Наиболее подходящий вариант для разработки и внедрения программы замыкания ядерного топливного цикла – смешанный.
Сегодня используются разные методы хранения отработавшего ядерного топлива:
- сухой;
- мокрый.
В обоих случаях обустраивается надежное хранилище, но используют разные способы стабилизации отходов. В первом случае предусмотрены бетонные модули с ОЯТ внутри, а во втором – водный слой.
Существование всего только 2 реакторов переработки РАО промышленного масштаба
На Белоярской АЭС действуют реакторы, способные перерабатывать отходы в промышленных масштабах. На данный объект планируется направлять отработанные вещества с определенными свойствами в рамках программы замыкания ядерного топливного цикла. Сейчас действует только 2 реактора из 4.
Поставки ядерных отходов в Россию. Почему другие страны свозят свой мусор нам
Несмотря на запрет ввоза отработанных радиоактивных материалов на территорию РФ, до сих пор практикуется импорт РАО (из Германии). На законодательном уровне такая возможность есть, но при условии, что утиль отправится назад после процедуры обогащения. Однако по данным «Гринпис», отходы не были возвращены, до сих пор остаются на территории РФ. Это обусловлено тем, что в России совершенствуются методы переработки ядерного топлива.
Задача: избежать экологической катастрофы в нашей стране. Насколько опасно свозить РАО на территорию России
Большое количество радиоактивных отходов (включая ядерное топливо) в одном месте способствует повышению риска создания опасной ситуации. При нарушении целостности емкостей, в которых содержатся опасные вещества, обрушения защитных конструкций произойдет высвобождение активных компонентов. Если изучить карту мест захоронений, можно увидеть, что под угрозой окажутся огромные площади территорий.
Единственное решение – перестать принимать отходы, которые до сих пор везут в Россию, т. к. разрабатываются технологии утилизации только ОЯТ, но не всех видов РАО.
Захоронения в России
Со времен первой разработки атомной бомбы периодически проводились мероприятия по сбросу опасных отходов в водоемы. Также случались и техногенные катастрофы вследствие действий, направленных на захоронение ядерного мусора:
- сброс РАО в реку Теча (первый могильник времен СССР);
- хранилище на озере Карачай;
- загрязнение окружающей среды вследствие целенаправленных взрывов («Кратон-3» и «Кристалл»);
- геологическое захоронение на территории Красноярского края.
Видео: Ядерные отходы в России
Мнение эксперта
Комментарий юриста
