ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОПАСНОСТЬ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ
РАДИОАКТИВНЫЕ ОТХОДЫ, ИХ РАДИАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И КЛАССИФИКАЦИЯ
Специфика понятия радиоактивных отходов
Как отмечалось, под радиоактивными отходами (РАО) понимаются радиоактивные вещества и материалы (в том числе ядерные, делящиеся), представляющие определенную опасность и дальнейшее использование которых не предполагается.
Таким образом, специфика самого понятия РАО включает в качестве одного из отличительных признаков, помимо их радиоактивной природы, наличие определенной опасности таких отходов. Если радиационная опасность отходов не проявляется, то они могут быть отнесены к стабильным веществам, и обращение с ними будет регулироваться по общим правилам работы с обычными отходами. При исследовании экологических проблем логично принимать во внимание, прежде всего, опасность РАО для экологических систем, для экологии человека.
Оценка опасности или безопасности РВ и других ИИИ для человека в настоящее время регламентируется такими общими официальными документами как НРБ и ОСПОРБ. Требования этих документов распространяются на ИИИ, отвечающие определенным критериям, которые устанавливают самую нижнюю границу опасной (включая экологически опасной) радиоактивности. Распространяются они и на РАО.
Такими критериями являются:
превышение создаваемой источником индивидуальной эффективной дозы облучения лиц из населения основного предела дозы (ОПД), равного 1 мЗв в год;
превышение создаваемой источником коллективной эффективной дозы облучения лиц из населения установленной величины, равной 1 чел.-Зв в год, когда индивидуальная эффективная годовая доза облучения меньше ОПД для населения, однако превышает 10 мкЗв.
Смысл второго критерия заключается в необходимости учета экологически опасной ситуации облучения не отдельных людей, а достаточно больших групп людей (популяции).
Например, в предельном случае, когда эффективная доза облучения равна 10 мкЗв, численность облучаемых лиц должна быть не менее: 1 чел-Зв/10 мкЗв = 100 тыс. чел.
Критерии применяются как вместе, так и по отдельности. Они ориентированы на оценку нижней границы опасности РАО. Практически чаще используются производные критерии, основанные на оценке удельных уровней активности для РАО различных агрегатных состояний. На этот счет существуют международные рекомендации; в Российской Федерации вопрос об отнесении отходов к виду радиоактивных решается в соответствии с «Санитарными правилами обращения с радиоактивными отходами (СПОРО)». Следует лишь отметить, что эти правила не распространяются на облученное ядерное топливо и ядерные материалы, производственные отходы с повышенным содержанием природных радионуклидов, на захоронение жидких РАО в глубокие геологические горизонты.
Критерии, по которым оценивается принадлежность отходов к виду радиоактивных, установлены отдельно для газообразных, жидких и твердых отходов.
К газообразным радиоактивным отходам (ГРО) относятся газовые и воздушные смеси, содержащие радионуклиды в виде газа или аэрозольных образований, которые не могут быть использованы в хозяйственных целях и если их удельная объемная активность превышает допустимую во вдыхаемом воздухе для населения величину. Допустимые объемные активности (ДОА) установлены для каждого радионуклида; они приводятся в таблицах НРБ (например, для плутония-239 эта величина равна 2,5 мБк/м3. Следовательно, если объемная активность плутония в газовом выбросе превышает данное значение, этот выброс считается радиоактивным).
К жидким радиоактивным отходам (ЖРО) относятся не подлежащие дальнейшему использованию любые радиоактивные жидкости (растворы органических и неорганических веществ, технологические пульпы и другие сжиженные образования), если в них удельная массовая активность (УМА) радионуклидов более чем в 10 раз превышает так называемые значения уровней вмешательства (УВ). Под уровнем вмешательства понимается такое значение уровня радиационного фактора (в данном случае – удельной массовой активности), при превышении которого следует проводить определенные противорадиационные защитные мероприятия. Для гарантии безопасности величина УВ несколько меньше допустимого значения УМА. Табличные значения уровней вмешательства приводятся в нормативной литературе.
Например, для раствора плутония-239 в питьевой воде УВ равен 0,56 Бк/кг, и такой раствор может быть отнесен к категории ЖРО, если УМА в нем по плутонию-239 превысит 5,6 Бк/кг.
К твердым радиоактивным отходам (ТРО) относятся отработавшие свой ресурс радионуклидные источники; не предназначенные для дальнейшего использования радиоактивные материалы; изделия, оборудование, биологические объекты, загрязненные предметы внешней среды, отвержденные жидкие отходы, если УМА радионуклидов в таких отходах превышает значение минимально значимой удельной активности (МЗУА), установленной НРБ. Например, согласно НРБ фрагмент конструкции, содержащий плутоний – 239 (для него МЗУА равна 1 кБк/кг), может квалифицироваться как ТРО, если замер его УМА превысил эту величину.
При работах с РВ объекты ОС (в том числе оборудование, принадлежности, инструменты и т.п.) могут подвергаться опасному РЗ. Для последующего использования они должны пройти операцию дезактивации. Однако нередко дезактивация оказывается неэффективной или нецелесообразной, и от нее отказываются. При этом такие радиоактивно загрязненные предметы тоже попадают в категорию твердых РАО.
Во всех рассмотренных выше случаях общая величина активности в исследуемых отходах должна превышать минимально значимую активность (МЗА). Под МЗА понимается такая наименьшая величина активности любого ИИИ, которая считается еще опасной. Если активность меньше МЗА, с радиационной опасностью такого источника можно не считаться, она полагается пренебрежимо малой. По формальному признаку для работы с источниками, активность которых меньше МЗА, официального разрешения на их использование и работу с ними не требуется.
Следовательно, если радиоактивность каких-либо отходов меньше МЗА, они не должны считаться РАО. Для работ с источниками и РАО, активность которых превышает пороговые значения МЗА и МЗУА, требуется оформление лицензии. Табличные значения МЗА приводятся в НРБ (вместе с данными по МЗУА, о которых речь шла выше) для каждого радионуклида. Например, для плутония-239 величина МЗА равна 10 кБк.
Если в состав отходов входит не один, а несколько радионуклидов с разной активностью, их принадлежность к РАО определяется по особым правилам.
При известном радионуклидном составе в отходах они считаются радиоактивными, если сумма отношений удельной активности каждого радионуклида к соответствующей минимально значимой удельной активности для данного радионуклида превышает единицу, где суммирование производится по всем известным нуклидам, входящим в отходы.
При неизвестном радионуклидном составе твердые отходы считаются радиоактивными, если их удельная активность больше:
100 кБк/кг – для бета-излучающих радионуклидов;
10 кБк/кг – для радионуклидов, являющихся источниками альфа-излучения;
1 кБк/кг – для трансурановых радионуклидов.
Гамма-излучающие отходы неизвестного состава считаются радиоактивными, если мощность поглощенной дозы в воздухе у поверхности (0,1 м) отходов превышает 0,001 мГр/ч над фоном.
Следует также заметить, что понятие «отходы» зависит от уровня развитых технологий, т.к. со временем, обладая потенциальной потребительской ценностью, они могут выступать в роли вторичных ресурсов, и поэтому входящие в их определение слова о невозможности использования относятся к текущему времени.
Общее количество и активность РАО
Характерной особенностью РАО, представляющих экологическую значимость, является их большое количество. Поэтому массу твердых РАО принято измерять в тоннах (высокоактивных – иногда в килограммах), а жидких и газообразных – в кубометрах (жидких высокоактивных – иногда в литрах).
Примечание. В качестве примера можно привести следующие сведения: в Научном центре «Курчатовский институт» на хранении и захоронении в 1996 г. находилось 135 т твердых РАО. В это же время в НИИ атомных реакторов на глубоком захоронении было 2,1 млн. кубометров жидких РАО.
Однако массовые и объемные параметры РАО существенны только в частных случаях и обычно используются лишь при определении требований, например, к грузоподъемности средств их транспортировки, к габаритам хранилищ и т. п. Они еще ничего не говорят о радиационной опасности РАО. Поэтому массовые и объемные характеристики дополняются сведениями об их общей активности, которую в Международной системе единиц СИ принято измерять в беккерелях (Бк) или (во внесистемных единицах) в кюри (Ки): 1 Ки = 3,7·1010 Бк.
Иногда приводятся данные не по общей активности РАО, а по активности отдельных радионуклидов.
Удельная (массовая, объемная) активность РАО
Удельная массовая активность РАО (am) характеризуется величиной общей активности (А) всех радионуклидов (или активностью отдельных радионуклидов), содержащихся в единице массы РАО (m) на определенный момент времени: am = A/m. Если период полураспада радионуклида большой, время замера активности обычно не указывается.
Примечание. При этом под «массой РАО» понимается их общее количество, включающее и неактивные примеси. Например, удельная массовая активность отработанного реакторного ядерного топлива к концу срока его использования (к концу 3-го года кампании) составляет примерно 26 кКи/кг (~1ПБк/кг).
Аналогично определяется удельная объемная активность РАО (aV) только в расчете не на единицу массы, а на единицу (V) объема (обычно в Бк/м3 для жидких или газообразных РАО): aV = A/V.
Скорость спада активности РАО
Скорость спада активности РАО характеризует насколько быстро со временем уменьшается их радиационная опасность. Она определяется периодами полураспада радионуклидов, составляющих РАО, и для отдельного радионуклида описывается экспоненциальным законом с постоянной распада, являющейся табличной индивидуальной характеристикой данного радионуклида. Для смеси радионуклидов скорость спада активности описывается законом Вей-Вигнера: a (t) = a0 (t/t0) -n, где а (t) – активность РАО к моменту времени t; а0 – начальная активность в момент времени t0; n – показатель скорости спада активности.
Из формулы следует: n = lg (a0/a) /lg (t/t0).
Для РАО, являющихся радиоактивными продуктами аварий (РПА) взрывного типа на ядерных энергетических установках (ЯЭУ) n = 1,2; для аварий с продолжительным выбросом РПА (типа радиационной аварии (РА) на Чернобыльской АЭС) n = 0,29. Следовательно, в первом случае за счет большего содержания короткоживущих радионуклидов спад активности идет много быстрее, чем во втором случае, когда сильнее сказывается влияние дольше живущих радионуклидов (рис. 1).
Например, через промежуток времени, равный 100 единичным начальным интервалам, расчет дает в первом случае снижение активности примерно в 250 раз, а во втором случае – не более 4 раз.
Рис.1. Изменение относительной активности РАО со временем (когда степенной показатель n1> n2)
Радионуклидный состав РАО
Радионуклидный состав РАО, наряду с активностью, определяет степень их радиационной опасности, поскольку при одинаковой активности разные радионуклиды оказывают различное радиационное воздействие на организм человека.
Состав РАО может быть самым разнообразным и включать от одного радионуклида до сотен единиц. Наиболее сложным составом характеризуются РПА взрывного типа, возникающие на ЯЭУ: в этом случае в состав РАО может входить до 240 радионуклидов 35 химических элементов с самыми разными периодами полураспада от ничтожных долей секунды до миллионов лет.
С течением времени радионуклидный состав изменяется: сокращается число короткоживущих радионуклидов, все большую значимость в активности и в формировании дозы облучения приобретают долгоживущие радионуклиды. Уже через год после образования основной вклад в активность РАО дают лишь такие долгоживущие радионуклиды, как плутоний-239, уран-235, стронций-90, цезий-137.
По радионуклидному составу РАО могут быть подразделены на две группы: на трансурановые элементы и на осколки деления.
Трансурановые элементы образуются при захвате нейтронов ураном и его дочерними продуктами распада. Они могут существенно различаться по периодам полураспада: одни живут тысячи и миллионы лет, другие, как правило, недолго – от секунд до нескольких десятков лет. В силу различия в элементном составе они поддаются разделению химическим путем. По своим ядерным свойствам они близки к плутонию. Удивительного в этом ничего нет, они тоже перенасыщены нейтронами и имеют усиленную тенденцию к делению (известно, например, что критическая масса у кюрия-245 много меньше, чем у плутония-239). В принципе эти радионуклиды могут найти применение в составе ядерного топлива в реакторах на быстрых нейтронах; при ненадобности они подлежат захоронению.
Осколки деления являются обычными РАО. Их состав в определенной мере является типовым, хотя несколько зависит от вида делящихся материалов и энергии нейтронов, на которых происходит деление. Эта зависимость может быть проиллюстрирована М-образной кривой Ферми, характеризующей относительный выход определенного осколочного нуклида от массового числа М осколков деления (рис. 2). Здесь Y – выход продуктов деления (определяется отношением числа ядер данного радионуклида, образовавшихся при делении, к общему числу разделившихся ядер; обычно выражается в процентах).
Рис. 2. Характер зависимости выхода осколков деления от их массового числа: а – для разных видов делящихся материалов; б – для нейтронов с различной энергией
Из рис. 2 следует, что наиболее заметно проявляется различие в выходе «легких» осколков (соответствующих левому пику): при делении урана-235 он располагается левее, чем при делении плутония-239. Выход радионуклидов с массовыми числами в области «провала» М-образной кривой зависит от энергии нейтронов: с увеличением энергии нейтронов En, вызывающих деление, глубина «провала» уменьшается (рис.2б, где En2> En1) и распределение осколков по массе стремится к более симметричному.
Основные экологически значимые нуклиды РАО и их радиотоксичные характеристики рассмотрим ниже.
После выдержки осколки деления подлежат окончательному захоронению на определенный срок.
Срок захоронения РАО
Срок захоронения определяется промежутком времени от момента закладки РАО на длительное хранение (захоронение) до момента, когда активность РАО снизится до допустимой регламентированной величины. Этим параметром фактически определяется время изоляции РАО от ОС.
Необходимый срок захоронения РАО зависит от их активности и может быть оценен по формуле, следующей из закона Вей-Вигнера (4): tзах = t0 (a0/aдоп) 1/n = t0 (P0/Pдоп) 1/n, где а0 – активность РАО в момент захоронения t0; адоп допустимая величина активности к моменту окончания срока захоронения; Р0, Рдоп – мощности поглощенной дозы в воздухе над РАО в момент захоронения и к концу срока захоронения соответственно индексам, мкГр/ч; n – показатель скорости спада активности.
Например, если мощность дозы Р0 = 500 мГр/ч на время t0 = 1 ч, то при Рдоп = 0,1 мкГр /ч c учетом n = 1,2 получим: tзах = 1 (500мГр/0,1мкГр) 1/1,2 = 3,63x105ч = 41,5 лет.
Срок захоронения РАО во Франции, Швеции и ряде других стран принят равным 50 годам, в России – до 10 лет.
Классификация РАО
По своему агрегатному состоянию, как отмечалось, РАО подразделяются на три вида: на твердые, жидкие и газообразные. Наиболее распространенными и экологически значимыми являются жидкие и твердые (в том числе жидкие, отвержденные) отходы.
В настоящее время согласно ОСПОРБ в основу классификации РАО всех видов положено их разделение на категории по степени радиационной опасности, которая, в свою очередь, характеризуются уровнем удельной активности РАО.
По данному критерию все РАО подразделяются на три категории: низкоактивные, среднеактивные и, самые опасные, – высокоактивные.
Классификация жидких и твердых РАО по удельной массовой активности с учетом вида радионуклидов и испускаемого ими доминирующего ИИ представлена в табл. 1.
Таблица 1
Классификация жидких и твердых РАО по удельной радиоактивности
В случае, когда по приведенным в табл. 1 характеристикам радионуклидов отходы относятся к разным категориям, для них устанавливается наиболее высокое значение категории отходов.
Для предварительной сортировки твердых РАО рекомендуется использовать критерии по уровню радиоактивного загрязнения (табл. 2).
Таблица 2
Классификация твердых РАО по уровню радиоактивного загрязнения
Для РАО с гамма-излучающими радионуклидами классификация производится по мощности поглощенной дозы гамма-излучения в воздухе на расстоянии 0,1 м от поверхности отходов.
Если мощность дозы лежит в диапазоне от 0,001 до 0,3 мГр/ч, отходы относятся к категории низкоактивных. Для среднеактивных отходов определен диапазон от 0,3 до 10 мГр/ч. Когда мощность дозы превышает 10 мГр/ч, отходы классифицируются как высокоактивные.
Классификация газообразных РАО производится по удельной объемной активности. К низкоактивным относятся ГРО, у которых удельная объемная активность менее 3,7 Бк/м3. Среднеактивными считаются ГРО, у которых удельная объемная активность лежит в диапазоне от 3,7 до 3,7·104 Бк/м3. Если удельная объемная активность ГРО превышает 3,7·104 Бк/м3, они относятся к высокоактивным.
Важным моментом классификации РАО является период полураспада входящих в них радионуклидов. По этому признаку они разделяются на отходы с короткоживущими (период полураспада меньше нескольких лет) и долгоживущими радионуклидами. Это в значительной степени влияет на технологии их хранения и захоронения. Иногда выделяются не две, а три группы РАО по периоду полураспада радионуклидов: группу РАО с короткоживущими радионуклидами (период полураспада менее одного года), группу РАО со среднеживущими радионуклидами (период полураспада от года до 100 лет) и группу РАО с долгоживущими радионуклидами (период полураспада у которых равен 100 и более лет).
Согласно ОСПОРБ отходы с короткоживущими радионуклидами подразделяются на две подгруппы: РАО с радионуклидами, период полураспада у которых не превышает 15 суток (включительно), и подгруппу, период полураспада радионуклидов которой превышает 15 сут. Обращение с отходами этих подгрупп производится по разным правилам.
ИСТОЧНИКИ ОБРАЗОВАНИЯ РАО
Общая характеристика источников образования РАО
Как отмечалось, одной из экологических особенностей проблемы РАО является многообразие источников их образования, что в значительной мере предопределяет масштабность проблемы. РАО образуются при эксплуатации и выводе из эксплуатации объектов ЯТЦ, атомных электростанций, судов с ядерными энергетическими установками и иными радиационными источниками; при использовании РВ в производственных, научных организациях и медицине; при реабилитации территорий, загрязненных РВ, а также при радиационных авариях. По своей экологической значимости наиболее существенную роль в РЗ ОС имеют следующие источники РАО:
ядерные реакторы как источники реакторных РАО;
предприятия горнодобывающей и обрабатывающей урановой промышленности;
ядерное оружие как источник оружейных РАО;
ядерные испытания и радиационные аварии;
другие источники.
К категории «другие источники» могут быть отнесены отработавшие свой срок радионуклидные источники целевого назначения: градуировочные и контрольные ИИИ, использованные в системе технического обслуживания и при эксплуатации радиационных приборов, медицинские источники и радиоактивные препараты, радиоактивно зараженные объекты биологической природы, источники промышленной дефектоскопии, сельскохозяйственного предназначения, пожарной сигнализации и т. п.
Примечание. В качестве одного из примеров опасности РАО подобного типа можно привести случай массового облучения населения в городе Гояния (Бразилия, 1987 г.), когда в результате небрежного хранения медицинский цезиевый источник активностью 51,8 ТБк был выброшен на свалку и найден местными жителями как металлолом. Когда вскрыли свинцовый контейнер, внутри обнаружили «светящийся голубой порошок», который дети и взрослые стали наносить на свое тело. От него тело начинало светиться и искриться. Чудесный порошок раздавали друзьям и знакомым, он беспрепятственно распространялся по городу в течение недели. Лишь когда обратились в клинику и поставили диагноз лучевой болезни, была поднята тревога. Пострадали 244 человека, у 9 из них дозы внешнего облучения превысили 5 Гр, у 5 развилась ОЛБ тяжелой степени. Внешнее облучение сопровождалось внутренним облучением и кожными поражениями.
К этой же категории могут быть отнесены атомные энергетические установки (АЭУ) радионуклидного типа. Работа АЭУ радионуклидного типа основана на использовании тепловой энергии, выделяющейся при распаде радиоактивных нуклидов, имеющих, как правило, достаточно длительный период полураспада и высокое удельное энерговыделение. В этих целях обычно используются плутоний-238, полоний-210 и др. Такие АЭУ удобно применять на космических аппаратах для решения задач обеспечения электропитанием аппаратуры спутников. В этом случае масса радионуклидных АЭУ не выходит за пределы нескольких десятков килограммов.
Примечание. В 1964 г. широкий общественный резонанс вызвал случай РЗ атмосферы из-за аварии советского метеорологического спутника над Канадой, в результате которой он сгорел и в воздух было выброшено около 600 ТБк плутония-238, входившего в состав бортового генератора электроэнергии. В 1970 г. такого же рода аварийное устройство вошло в атмосферу без разрушения и упало в Тихий океан. Еще один генератор после взрыва упал в воду вблизи Калифорнии в 1986 г.
Основная масса РАО образуется при эксплуатации ядерных реакторов и получении ядерного топлива для их работы. Всего больше (по количеству) получается РАО на начальных стадиях ядерного топливного цикла; основная величина активности РАО формируется на стадии сжигания ядерного топлива в реакторе.
Под ядерным топливным циклом (ЯТЦ) понимается вся совокупность повторяющихся производственных процессов с урановым топливом, начиная с добычи урановой руды и кончая (после использования урана) переработкой или захоронением его РАО. Промежуточными стадиями ЯТЦ являются: изготовление уранового концентрата (в форме октооксида урана U3O8 или диураната натрия Na2U2O7); конверсия этого концентрата (производство гексафторида урана UF6 и его обогащение ураном-235); непосредственное изготовление ядерного топлива, его сжигание в реакторах с целью производства тепловой и электрической энергии; переработка отработанного топлива и обращение его в РАО. РАО практически получаются на всех стадиях указанного ЯТЦ.
Всего на отходы ЯТЦ приходится до 99,9% общего количества образующихся РАО и именно они вызывают наибольшую озабоченность общества.
Ядерные реакторы как источник образования РАО
Ядерным реактором называется устройство, в котором осуществляется контролируемая самоподдерживающаяся цепная реакция деления атомных ядер некоторых тяжелых элементов под действием нейтронов. В результате данной реакции выделяется ядерная энергия. Эта энергия преобразуется в другие виды (сначала в тепловую, затем в механическую, электрическую и др.), которые и используются в практических целях.
Исходным ядерным топливом для работы ядерных реакторов является природный уран, обогащенный одним из изотопов урана, а именно – ураном-235. Самоподдерживающаяся реакция деления происходит только в уране-235. Ядро урана-235 распадается под действием поглощенного нейтрона, в результате чего образуются два – три новых нейтрона, продолжающих реакцию. Однако естественное содержание урана-235 в природном уране (0,71% по массе) мало и не достаточно для развития цепной реакции. Только при увеличении этого содержания (обогащении) до определенного уровня (более 2 – 3%) создаются условия для начала реакции, ее развития и выделения ядерной энергии.
Вместе с тем по мере работы реактора количество урана в нем уменьшается, качество ядерного топлива ухудшается за счет его загрязнения продуктами деления, в том числе радиоактивными.
Примечание. Оценки показывают, что в ядерном реакторе мощностью 1 МВт ежедневно расщепляется около 100 г делящихся материалов; столько же образуется радиоактивных продуктов деления (РПД), в том числе около 740 ПБк (20 МКи) радионуклида йод-131, 440 ПБк (12 МКи) инертных радиоактивных газов и 7,4 ПБк (0,2 МКи) стронция-90. При этом на газообразную форму приходится около 20% РПД, из которых примерно 0,1 – 1% попадает в ОС.
При этом возрастают потери нейтронов, эффективность процессов деления ядер урана и энергоотдачи реактора в целом падает. Поэтому через определенное время ядерное топливо подлежит замене. В среднем ежегодно необходимо менять примерно одну третью часть общего количества ядерного топлива реактора (то есть полная замена должна идти через 3 – 4 года). Извлеченная из реактора остаточная часть отработавшего ядерного топлива и составляет основу реакторных РАО. Конечно, стремятся к тому, чтобы она была возможно меньшей, но пока она является неизбежной.
Таким образом, основным видом реакторных РАО является ОЯТ, обладающее огромной активностью и высокой радиационной опасностью. В реакторах, работающих по схеме открытого (разомкнутого) ЯТЦ, отработавшее ядерное топливо вместе с остаточными делящимися материалами исключаются из дальнейшего использования и подлежат хранению или захоронению как РАО. Поэтому разомкнутый ЯТЦ характеризуется низкой эффективностью использования природного урана (до 1%).
Однако, как отмечалось, безоговорочно относить ОЯТ к категории РАО нельзя. Оно содержит «невыгоревший» уран, накопленный плутоний и многие другие полезные компоненты. Возможность повышения эффективности использования урана и вовлечения в ЯТЦ плутония как нового энергоносителя являются основными аргументами в пользу закрытого (замкнутого) цикла. В реакторах, работающих по схеме закрытого ЯТЦ, отработавшее топливо поступает на переработку для повторного использования. В этом случае оно уже не является РАО.
Переработка ОЯТ обходится дорого и связана с большими трудностями, необходимостью его длительной выдержки для заданного спада активности, с повышенной радиационной опасностью технологических процессов. Кроме того, при радиохимической переработке ОЯТ происходит образование огромного количества РАО. Поэтому в разных странах выбор схемы ЯТЦ решается по-разному. Следовательно, по-разному решается и вопрос о том, является ли ОЯТ отходом.
Примечание. Так, в США, Бельгии, Канаде, Швеции и многих других странах принята схема открытого ЯТЦ, в России, Франции, Великобритании, Японии и др. – закрытого ЯТЦ. Лишь 5 государств (Индия, Япония, Великобритания, Россия, Франция) перерабатывают (или намереваются перерабатывать) ОЯТ на своих предприятиях. Большинство же стран предпочитают либо хранить ОЯТ, пока не будет найден эффективный метод его переработки, либо передают ОЯТ на переработку другим странам.
Конструктивно урановое ядерное топливо размещается в герметичных тонкостенных цилиндрах. Поскольку обычно используемая часть ядерной энергии в реакторе выделяется в тепловом виде, цилиндры с ядерным топливом называются тепловыделяющими элементами (ТВЭЛами). Совокупность объединенных ТВЭЛов называется тепловыделяющей сборкой (ТВС). В состав ТВС может входить до 120 – 320 ТВЭЛов в зависимости от типа реактора. Таким образом, непосредственными носителями реакторных РАО оказываются отработавшие свой срок ТВЭЛы и ТВС (рис. 3).
Рис. 3. ТВЭЛ и ТВС
Вторым источником реакторных РАО являются газо-аэрозольные выбросы радионуклидов в атмосферу (жидкие сбросы в водоемы), образование которых возможно при неисправностях системы теплоотбора и теплоотвода реакторов.
При нормальном режиме работы реактора, т.е. пока обеспечивается достаточный теплосъем с ТВЭЛов, накапливаемые в них продукты деления (в том числе газообразные) надежно удерживаются внутри этих элементов. Однако, следует иметь в виду, что эксплуатация ТВЭЛов протекает в очень жестких условиях: при повышенном давлении образующихся газов, при высокой температуре, которая во внутренней области достигает 2000ºС, а на поверхности – 350 – 500ºС. При этом допускается определенная конструктивная газовая негерметичность оболочек ТВЭЛов (в реакторах типа ВВЭР – до 1%, а степень негерметичности, при которой возможен прямой контакт теплоносителя с делящимся материалом, до 0,1%). Для реакторов типа РБМК эти коэффициенты на порядок меньше.
За счет наведенной активности под воздействием нейтронов, при неисправности оболочек ТВЭЛов (утрате их герметичности), трубопроводов и вентилей системы теплосъема может происходить РЗ теплоносителя и воздуха. На этот случай предусмотрена многоступенчатая фильтрация воздуха и его выброс в ОС. Фильтроматериалы включаются в состав твердых РАО, радиоактивные выбросы формируют газовую составляющую реакторных отходов.
Конец ознакомительного фрагмента.