Существует ряд критериев, по которым осуществляют классификацию радиоактивных отходов. В частности, по критерию активности выделяют три основные группы радиоактивных отходов (РАО) — высокоактивные (ВАО), среднеактивные (САО) и низкоактивные (НАО). По агрегатному состоянию РАО могут быть жидкими, твердыми (табл. 5.40) и газообразными. Таблица 5.40 Классификация твердых радиоактивных отходов Категория Мощность поглощенной дозы у-излучения, мбэр/ч Удельная активность (^-излучения, К и/кг Удельная активность а-излучения, Ки/кг НАО 0,03-30 2-10~6-1-10~4 2-10""7-Г5 САО 30-1000 1-10^-1 -кг1 ВАО 1000 1-Ю"1 НО"2 В настоящее время на территории всех АЭС России хранится около 300 тыс. м3 радиоактивных отходов общей активностью порядка 45 тыс. ККи, при этом ни на одной атомной электростанции нет полного комплекта установок для кондиционирования этих РАО. Так, только на трех АЭС имеются установки прессования и еще на двух станциях — установки сжигания твердых РАО. С позиций современного подхода к обеспечению радиационной и экологической безопасности этих технических средств явно недостаточно. Очень серьезные трудности возникают также и в связи с устаревшими и переполненными хранилищами твердых и отвержденных отходов на многих российских АЭС. Радиоактивные отходы зарубежных атомных АЭС к 2000 г. составили 125 тыс. т. В России земли площадью 60 тыс. га заняты отвалами пустой породы и шламом, которые образовались при добыче и переработке урановых и ториевых руд и содержат естественные радионуклиды. Серьезная проблема с радиоактивными отходами имеется в Уральском регионе, в зоне действия НПО «Маяк». Здесь сооружение в русле р.Теча каскада искусственных водоемов привело к повышению уровня грунтовых вод до 1,5-2 м. В результате фильтрация из последнего водоема в р. Течу достигает 10 млн м3 в год, а через ложе грунтовых вод — 8 млн м3/год. Всего же в каскаде водоемов находится около 400 млн м3 жидких радиоактивных отходов с концентрацией (З-активных нуклидов — 0,14-0,52 мкКи/л, трития — 0,24-0,7 мкКи/л и общим накоплением (3-активных радионуклидов до 200 тыс. Ки. Озера Карачай и Старое Болото, находящиеся на территории промплощадки, являются основными источниками заражения подземных вод, ареал загрязнения которых распространяется за территорию отвода предприятия на юг, в сторону водозабора г. Челябинска.
Жидкие отходы считают радиоактивными, если их допустимая концентрация превышает норму, установленную для воды открытых водоемов, которая равна (Ки/л): Имевшие место аварии и нарушения в обращении с радиоактивными отходами привели к обширному загрязнению (свыше 3 млн га) земной поверхности, водоемов и подземных вод. Более 200 населенных пунктов с численностью жителей около 500 тыс. человек были подвергнуты радиоактивному воздействию, а более 800 км2 территории изъяты из хозяйственной деятельности. Кроме того, в процессе утилизации атомных подводных лодок (АПЛ) образуются радиоактивные отходы в виде реакторного отсека с габаритами 12-18 м и весом около 1000 т, содержащего после выгрузки активной зоны реактора порядка 106 Кюри радиоактивных веществ осколочного и наведенного происхождения. Анализ имеющихся данных показывает, что в реакторном отсеке наиболее значимая накопленная активность наведенного происхождения приходится на долю кобальта, определяющего радиационную обстановку в течение 50 лет после остановки реактора. Следующим по величине накопленной активности является никель, который будучи )3-излучателем не оказывает существенного влияния на радиационную обстановку в отсеке, но играет решающую роль в оценке отсека как твердого радиоактивного отхода (согласно основным санитарным нормам ^-отходы считаются радиоактивными, если их удельная активность превышает 2-1Сг6 Ku/кг). В корабельной энергоустановке удельная активность никеля достигает 1,0 Ku/кг, что при периоде полураспада, равном 92 года, определяет длительное хранение подобного отсека. Для переработки и захоронения РАО имеет значение не только их удельная активность и агрегатное состояние, но и элементный состав в отработанном ядерном топливе (ОЯТ). Так, основной вклад в радиоактивность компонентов ОЯТ вносят короткоживущие осколочные нуклиды, поэтому удельная активность отходов со временем резко уменьшается. Но наряду с корот-коживущими изотопами при нейтронном облучении ядерного топлива образуются и долгоживущие трансурановые элементы, обладающие повышенной радиотоксичностью (вследствие способности накапливаться в жизненно важных органах человека). Поэтому период изоляции отходов, содержащих - трансурановые элементы, должен быть значительно больше расчетного времени снижения суммарной радиоактивности. Основная часть трансурановых элементов заключена в высокоактивных отходах, незначительное их количество может присутствовать в среднеактивных, а низкоактивные отходы трансурановых элементов обычно не содержат. Основной объем низкоактивных отходов представляют хвосты горных пород, образующихся после перераработки урановых руд (из которых к тому же в атмосферу выделяется радиоактивный газ 222Rn). Эти отходы размещают на открытых площадках, окруженных инженерными сооружениями в виде Дамбы или плотины. На АЭС и радиохимических заводах образуется большое количество жидких низко- и среднеактивных отходов. Жидкие отходы очищают с использованием термических, сорбционных и мембранных методов. Наиболее распространенными способами обращения с низко- и среднеактивными жидкими РАО являются химическое осаждение, ионный обмен, выпаривание, фильтрование, мембранные технологии, битумирование, остекловывание и т.д. Так, очистка отходов от радиоактивности при использовании первого способа происходит за счет собственно осаждения, соосаждения и адсорбции нуклидов на образующихся объемных осадках в системе «отходы-оса-дитель», а также за счет физического захвата осадками суспензированных коллоидных частиц. В этой технологии используются различные химические реагенты: гидроксиды железа, алюминия, титана, фосфаты, сульфаты и сульфиды, ферроцианиды меди, цинка, никеля и Т.д. В результате образуются жидкая и твердая фазы. Степень очистки жидкой фазы характеризуется значениями 50-100%. В дальнейшем жидкая фаза может подвергаться дополнительной очистке, после которой направляется для повторного использования или сбрасывается в окружающую среду. Твердая фаза становится обогащенной радионуклидами и должна вторично перерабатываться и направляться на хранение или захоронение. Осаждение применяется главным образом для низко- и среднеактивных отходов. Очистка жидких РАО по ионообменной технологии осуществляется с использованием неорганических природных и синтетических, а также органических материалов. К неорганическим природным материалам относятся глины и минералы: вермикулит, природные пелиты и др. Органические ионообменные материалы представляют собой смолы, в основу которых главным образом входят полистирол и фенолформальдегид (с введением в них функциональных групп). Ионообменные смолы позволяют обеспечить высокую степень очистки вод от радионуклидов (порядка 10"2-10"4), однако предъявляют жесткие требования к очищаемым стокам: солесодержание — до 1 г/л, суспензированных твердых взвесей — до 4 мг/л, что обусловливает необходимость предварительной их подготовки. Вторичными отходами ионообменных установок являются растворы, полученные после промывки смол (регенерирующие растворы), содержащие значительные количества нуклидов и солей и отработанные ионообменные материалы, требующие дальнейшей переработки, хранения или захоронения. Выпаривание является широко распространенным методом переработки радиоактивных отходов, достигаемая степень очистки в среднем составляет 10~4, а в некоторых схемах — 10~6. В связи с коррозией выпарных аппаратов, пенообразованием, а также появлением накипи радиоактивные отходы должны проходить предварительную подготовку. Вторичными отходами этих процессов являются кубовые остатки — растворы и пульпы с высоким содержанием нуклидов и солей. Часть нуклидов может оставаться в конденсате, что требует организации многостадийного процесса выпаривания, что является весьма энергоемким процессом, что снижает экономическую эффективность его использования для переработки больших объемов радиоактивных отходов. Фильтрование обычно используют в качестве вспомогательного процесса для подготовки жидких РАО к переработке различными методами. Применяются разнообразные системы фильтров, центрифуги и гидроциклоны. Образующийся фильтровальный материал требует дальнейшей переработки. К мембранным процессам относятся обратный осмос, электродиализ и ультрафильтрация, которые применяются в основном для обезвреживания низкоактивных отходов. В стадии разработки находятся электроосмос, электрохимический ионный обмен и др. Во всех этих процессах также получают вторичные отходы, требующие специального обращения. Завершающей стадией технологий обезвреживающих радиоактивные отходы яшяетсяотверждение отходов, являющихся наиболее опасными (прежде всего высокоактивных). Наибольшее развитие нашло остеклование высокорадиоактивных отходов — с получением боросиликатных, фосфатных, базальтовых, содоизвестковых и других типов стекол. В некоторых процессах предварительно осуществляется дегидратация и кальцинация жидких отходов. Процессы остекловывания осуществляются при высоких температурах и сопровождаются газоаэрозольными выбросами, что требует особых мер предосторожности. В некоторых случаях применяется цементирование высоко- и среднеак-тивных отходов с использованием специальных смесей на основе портландцемента. В стадии исследований находится получение минералоподобных, керамических и металлокерамических композиций. Битумирование применяется для низко- и среднеактивных отходов. Горючесть битумов является отрицательной характеристикой данной технологии. Все же разработанные и применяющиеся технологии переработки жидких РАО не обеспечивают их полного обезвреживания, а лишь позволяют уменьшить объемы и перевести в более устойчивую форму (т.е. заключить их в стекло, бетон, битум и т.д.). При этом образуются вторичные отходы, также требующие специального обращения. Так, в результате переработки РАО образуется концентрат и основной поток очищенных вод. Жидкий концентрат перед захоронением цементируют, битумируют, реже — полимери-зуют. Твердые низко- и среднеактивные отходы обрабатывают или перерабатывают для уменьшения объема, после чего заключают в цемент, битум или пелимерные материалы и захоранивают обычно в специально пройденных и обустроенных траншеях. В перспективе предполагается использовать также и приповерхностные туннели и глубокие подземные выработки. Для последующего обращения с твердыми и отвержденными средне- и низкоактивными отходами наиболее перспективным является их поверхностное захоронение. Это объясняется тем, что их удельная активность и соответственно тепловыделение (по сравнению с высокоактивными отходами) намного меньше. Поэтому на захоронение их тепловыделение особого влияния не оказывает. Общее требование к приповерхностным хранилищам с такими отходами то же, что и к глубоким могильникам высокоактивных отходов — минимизация утечки радионуклидов в окружающую среду. При оценке риска, связанного с аварийными или катастрофическими событиями, во внимание принимаются сейсмическая опасность, угроза наводнений, оползней, селевых потоков и др. При сравнительном изучении выбранных для захоронений участков оценивается влияние на миграцию радионуклидов гидрогеологических, гидрологических, климатических и других условий. Одним из наиболее опасных процессов, угрожающих приповерхностным хранилищам, является их периодическое подтопление при сезонных колебаниях уровня подземных вод. Поэтому хранилища рекомендуется располагать или в зоне аэрации выше зеркала грунтовых вод или ниже его в зоне полного водонасыщения. В обоих случаях хранилища должны быть перекрыты сверху водоизолирующим материалом, препятствующим проникновению поверхностных вод. При захоронении в зоне аэрации проницаемость вмещающих пород должна быть достаточно высокой для того, чтобы дренировать атмосферные (в том числе ливневые) осадки. В таком случае даже при частичной утечке отходов из хранилища траектория миграции радионуклидов будет направлена вниз к зеркалу грунтовых вод. Для захоронения ниже зеркала грунтовых вод выбираются плохо проницаемые породы, обычно глины. При прогнозировании миграции отходов из приповерхностных хранилищ основное внимание необходимо уделять разработке гидрохимических моделей. При этом следует учитывать, что на подвижность радионуклидов значительное влияние могут оказывать биогеохимические процессы. Твердые высокоактивные отходы, представлены отработавшим топливом, жидкие — растворами, образующимися при регенерации отработанного топлива на радиохимических заводах. Такие отходы переводят в твердую форму. Для этого раствор обезвоживается, после чего образовавшиеся твердые отходы заключают в консервирующую матрицу, в качестве которой используют различные типы стекол (боросиликатные, фосфатные, алюмоси-ликатные), керамические, металлокерамические и стеклокерамические материалы. Заключенные в матрицу высокоактивные отходы помещают в герметичный контейнер и захоранивают в подземном могильнике. Подобная технология используется на ПО «Маяк», где осуществляют концентрирование и связывание ВАО в составе алюмофосфатной матрицы в процессе плавления в специальных печах. Жидкий расплав разливается в стальные цилиндрические контейнеры диаметром 60 и высотой 80 см. По три таких контейнера загружают в пеналы из нержавеющей стали диаметром 63 см и высотой 3,4 м. Пеналы содержат в заводских хранилищах с принудительной вентиляцией. После выдержки в течение 3-7 лет (за которые происходит распад короткоживущих радиоизотопов и понижение температуры) упакованные таким образом РАО отправляют на захоронение. Кроме ПО «Маяк», радиоактивные отходы на территории России размещают и на Сибирском химическом комбинате (г. Томск-7), а также в Горнохимическом комбинате (г. Железногорск). Всего на территории предприятий ядерно-топливного цикла накоплено около 440 млн м3 жидких радиоактивных отходов и 200 млн м3 твердых отходов. Имеющаяся система обращения с твердыми радиоактивными отходами практически не учитывает наличие плутония и трансурановых элементов, хранение которых требует специальных жестких мер. Однако на заводе по производству гексафторида урана в Томске, где масса плутония в твердых захороненных отходах превышает 70 кг, обоснование ядерной безопасности пока отсутствует. Наибольшую радиационную опасность представляет система обращения с жидкими отходами всех уровней активности. Высокоактивные отходы хранятся в емкостях или закачиваются в глубинные пласты-коллекторы, всестороннее обоснование ядерной безопасности которых также отсутствует. В открытых бассейнах-хранилищах с жидкими отходами в придонном иле также содержится плутоний, масса которого превышает десятки килограммов.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Ядерные отходы» з дисципліни «Основи природокористування: екологічні, економічні та правові аспекти»
