6.2.5. Радиоактивные отходы и радиоактивное загрязнение

Особой наиболее опасной и трудно утилизируемой фракцией являются РАО – все радиоактивные и зараженные материалы, образующиеся в процессе использования радиоактивности человеком и не находящие дальнейшего применения.

Типы РАО. К РАО относятся отработанные тепловыделяющие элементы АЭС (ТВЭЛы), конструкции АЭС при их демонтаже и ремонте, обладающие радиоактивностью части медицинских приборов, рабочая одежда сотрудников АЭС и др. РАО должны храниться или захораниваться таким образом, чтобы была исключена возможность их попадания в окружающую среду.

Различают три типа РАО: низкоактивные – активность менее 0.1 Ku/м³; среднеактивные – от 0.1 до 100 Ku/м³; высокоактивные – свыше 100 Ku/ м³.

Низкоактивные РАО образуются в процессе добычи и обогащения урановой руды. Их количество сегодня превышает 500 млрд. т (Усманов, 2001).

Основным источником средне- и высокоактивных РАО являются АЭС (переработка 1 т ТВЭЛов дает 0.9 м³ высокоактивных и 150 м³ среднеактивных РАО), которые могут работать по схеме открытого (захоронение РАО) или закрытого (переработка РАО) топливного цикла.

Возможности переработки РАО. Переработка РАО получила распространение в Великобритании и Франции, где АЭС работают по закрытому топливному циклу. В РФ имеются крупные предприятия по переработке РАО – «Маяк» в Челябинской области и комбинат в Красноярске. На «Маяке» создана самая крупная в мире электропечь для остекловывания РАО.

Однако мощности предприятий по переработке РАО в мире очевидно недостаточны. При переводе всех АЭС Европы на замкнутый цикл количество РАО значительно превысит возможности их переработки. К 2000 году в Европе уже накопилось около 6 тыс. т высокоактивных РАО, а в США – не менее 20 тыс. т.

Захоронение РАО в литосфере. При открытом топливном цикле для обезвреживания РАО используется так называемая многобарьерная технология. РАО выдерживаются на территории АЭС во временных хранилищах под водой в течение 2-10 лет. За это время примерно в 1000 раз снижается выделение тепла и в 100 раз понижается радиоактивность. Далее, после упаковки (остекловывание, смешивание с битумом, бетоном) РАО в течение 30-50 лет находятся под наблюдением во временных хранилищах на глубине 5-10 м, после этого возможно их окончательное захоронение в прочные геологические формации (предпочтительнее – пласты каменной соли).

В местах сохранения и захоронения РАО проводится постоянный дозиметрический контроль радиационной обстановки, который координируется МАГАТЭ. Используется автоматизированная система контроля радиационной обстановки (АСКРО).

В РФ имеется 227 хранилищ РАО, из которых 81 уже законсервированы. По состоянию на 1991 г. только на 9 действующих АЭС РФ накоплено 90 тыс. м³ упаренных жидких и более 60 тыс. т твердых РАО. В Московской области имеется 20 временных хранилищ РАО, каждое емкостью около 5 тыс. м³.

Значительные сложности представляет захоронение демонтируемых блоков АЭС, срок службы которых составляет 40-60 лет. Возможен как демонтаж блоков и их подземное захоронение, так и создание надземных могильников (подобных чернобыльскому саркофагу). В настоящее время демонтаж и захоронение отработавших ядерных блоков в РФ отстает от потребности в этом экологически необходимом этапе топливного цикла. В итоге старые атомные блоки в не утилизированном состоянии хранятся под Екатеринбургом и Воронежем. Ждут своей очереди утилизации и 150 атомных подводных лодок, которые стоят у причалов Баренцева и Белого морей и на Камчатке.

Захороненение РАО в море. До 1984 г. широко практиковалось захоронение РАО в морях (США, Великобритания, Россия, Япония). Только США сбросили в море к этому времени больше 90 тысяч контейнеров с высоко- и среднеактивными РАО. РФ в этот период сбрасывала в моря все РАО атомного военного и морского флота, что составило в год 18-20 тыс. м³ жидких и 6-7 тыс. м³ твердых отходов (часть их запаковывалась в стальные контейнеры с толщиной стенки не менее 3 мм, часть сбрасывалась в неупакованном виде). С 1967 по 1976 гг. в океане захоронено 46 тыс. т РАО, основная часть которых сбрасывалась на глубину около 4500 м примерно в 1000 км от побережья Европы. За 40 лет (до 1992 г.) СССР затопил в водах Северного Ледовитого океана 15 реакторов, отслуживших свой срок на атомных подводных лодках, топливные элементы с атомохода «Ленин» и 13 аварийных реакторов с подводных лодок (при этом шесть затопленных реакторов были с не выгруженным ядерным топливом).

Море приняло в свои глубины упавшие атомные бомбы, самолеты и подводные лодки с ядерным оружием. 21 января 1968 г. атомный бомбардировщик США упал в океан недалеко от поселка Туле (Гренландия). Повышенная концентрация плутония была зарегистрирована в радиусе 15 км от места падения самолета. В Баренцевом море в 300 км от Норвегии на глубине 1680 м покоится затонувшая атомная подводная лодка «Комсомолец» с ядерным ректором и двумя торпедами с ядерными боеголовками. Общее число затонувших подводных лодок с ядерными реакторами (включая «Курск», затонувший в 2001 г.) составляет 6.

В настоящее время захоронение РАО в океане запрещено международной конвенцией, так как при длительном нахождении под водой возможно разрушение контейнеров и выход в окружающую среду плутония и его изотопов, обладающих высокой радиоактивностью и длительным физическим периодом полураспада.

Проблема плутония. По существу отходом является и плутоний, радиоактивный элемент, который не встречается в природе. Он образуется в реакторах АЭС и входит в состав РАО. Плутоний обладает физическим периодом полураспада 24110 лет (биологический период полураспада – 120 лет). Это – высокоактивный элемент, 1 г плутония, попавший в окружающую среду, может вызвать от 4000 до 1 млн. случаев заболевания человека раком.

Плутоний – основа создания ядерных бомб. В настоящее время общее количество «мирного» (т.е. накопленного в результате переработки радиоактивных отходов и хранящегося на территории АЭС) и военного (получаемого в результате демонтажа ядерных боеголовок) плутония в мире превышает 200 т. Это вызывает тревогу во многих странах и является объектом постоянного внимания Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ).

В Японии разрабатываются новые схемы ядерных реакторов, в которых можно «сжечь» плутоний. Видимо, это самый эффективный вариант решения проблемы.

Контрольные вопросы

1. Какие типы РАО различают по их активности?

2. Чем отличаются открытый и закрытый топливные циклы АЭС?

3. Как решается проблема плутония в атомной энергетике?