Захоронение радиоактивных отходов — способы, могильники, нормы законов и альтернатива

Пока человечество не сможет получать энергию из термоядерного синтеза, самым эффективным способом её получения будут оставаться атомные станции. Ничто иное не сможет обеспечить такое количество энергии с такими не высокими издержками.

Но есть проблема. Рано или поздно топливо становится отработанным или ОЯТ (Отработанное Ядерное Топливо). Утилизация и захоронения этих отходов жестко регулируется законом, ведь они предполагают радиационную опасность. Такие отходы принято утилизировать особыми способами.

Что понимают под радиоактивными отходами

За XX век наша цивилизация сделала множество прорывных открытий, которые определяют различные аспекты жизни сегодня. В частности, был изучен потенциал атомной энергии, которая сегодня обеспечивает энергоснабжение городов, тяжёлой промышленности, медицины, космонавтики и других сфер.

Главными издержками такой деятельности являются ядерные отходы, которые содержат в себе различные опасные элементы. Данные отходы – завершающий этап переработки природных веществ с помощью ядерной энергетики. Повторное использование отходов – невозможно.

По каким критериям отходы относят в категорию радиоактивных

Не весь радиоактивный мусор относиться к ядерным отходам.  Для четкого разделения отходов, были разработаны различные нормативы. Так реактивные отходы делятся по агрегатным состояниям:

• Твёрдые;
• Жидкие;
• Газообразные.

Нормы радиационной безопасности предполагают следующее: «Радиоактивные вещества – это те вещества, активность радионуклидов которых в любом состоянии превышает разрешённую норму.»

Нормы показателей:

1. Жидкие отходы: 0,05 Бк/г – излучение α-частиц, 0,5 Бк/г – излучение β-частиц.
2. Твердые отходы: 1 Бк/г – излучение α-частиц, 100 Бк/г – излучение β-частиц.

Важно! Если излучения γ-частицы превышает 10,3 м3в/ч, то отходы радиоактивны и опасны для человека.

Источники и виды РАО

На каждую тонну отработанного ядерного топлива, помимо непрореагировавшего урана приходится около 10 кг плутония и 20-30 кг осколков деления. Осколки деления – новообразовавшиеся радиоактивные элементы. Эта смесь издаёт излучение способное убить человека за несколько минут. Само по себе ОЯТ не является отходом по законодательству большинства стран, в том числе и в России.

Но во время переработки ОЯТ образуются высокоактивные отходы, состоящие из продуктов деления. Согласно Российской классификацией радиоактивные отходы делятся на классы, а именно:

Опасность РАО для экологии и человека

Первоочерёдная опасность для жизни людей исходит от альфа- и бета-частиц. При сильной концентрации эти частицы разрушают клетки, нарушают работу иммунитета, что ведёт к смерти. На большом расстоянии они не представляют опасности, ведь их полёт ограничен. Но попав в жидкость они вызывают болезни, различных органов.

Радиоактивные вещества представляют серьёзный вред для экологии. Отходы отравляют землю и окружающую среду. Самый известный случай загрязнения окружающей среды произошёл на Чернобыльской АЭС. После аварии территория вокруг ЧАЭС стала абсолютно не пригодной для жизни людей и животных.

Для человека контакт с радиоактивными отходами весьма опасен. Последствия такого контакта варьируются в зависимости от степени облучения.

Особенности хранения ядерных отходов

Для уменьшения проблем, связанных с хранением радиоактивных отходов были разработаны специализированные ящики, которые не вызывают реакцию и обеспечивают блокировку радиации. Контейнеры погружаются в сухотарные ящики, которые утилизируют в местах хранения РАО.

Существуют кратковременные отходы и долговременные. У кратковременных распад происходит ещё на стадии производства. Из-за этого становиться возможным их переработка. Обработка долговременных отходов – невозможна на данном этапе развития технологий.

Что такое обработка ядерных отходов

Радиоактивные вещества обрабатываются для экономии и повышения безопасности. Данный процесс происходит при помощи:

• Удаления излучения;
• Корректировки состава;
• Уменьшения объёма РАО.

Во время подобной обработки образуются вторичные элементы и радиоактивный мусор: осадки, смолы, фильтры. После процесса обработки некоторые из элементов могут быть повторно переработаны, другие же подлежат утилизации.

Методы обработки

Любой контейнер с РАО проверяется на цельность, мощность и другие показатели. При этом отходы обрабатываются различными методами.

Методы делятся на:

• Механические методы;
• Химические методы;
• Физико-химические методы.

Трансмутация радиоактивных отходов

Трансмутация –  это сокращение жизненного цикла радиационных нуклидов. Из-за слабого уровня развития технологий, данный вид обработки невозможен. В теории, в будущем, с помощью этого метода возможно выработка электроэнергии для городов.

Синрок

Синрок – представляет собой процесс создания специального керамического материала, который может удерживать радиационные вещества. Его главной особенностью является факт возможной переработки. Для создания таких материалов используются специализированные печи, внутри которых высокое давление и высокая температура.

Витрификация или остекловывание

Сегодня самым эргономичным методом обработки жидких отходов является витрификация. Его суть заключена в добавлении сахарозы и дальнейшем испарении жидкости. Выпаривание осуществляется в трубе из специального материала при помощи высоких температур. Оставшуюся смесь вместе со стеклянными частицами обрабатывают в индукционной печи. В итоге материал помещается в контейнеры в которых продолжает храниться.

Особенности переработки радиоактивных отходов

Слабоактивные отходы сжигают. Дым от такого горения фильтруется благодаря сложной системы фильтрации. Твёрдые отходы спрессовываются. Жидкие – выпаривают до достижения определённого уровня радиационного фона.

Законы, регламентирующие захоронение радиоактивных отходов в России

Основной закон — Федеральный закон от 11.07.2011 г. №190-ФЗ «Об обращении с радиоактивными отходами и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации». В главах этого закона описываются понятия, классификации радиоактивных отходов , полномочия и обязанности надзорных органов и так далее.

Закон устанавливает следующее правило: «Захоронение твердых низкоактивных радиоактивных отходов и твердых среднеактивных короткоживущих радиоактивных отходов может осуществляться только в пунктах приповерхностного захоронения радиоактивных отходов». Если предприятие будет игнорировать данное требование, его ожидают огромные штрафы и отстранение от деятельности.

Требования безопасности при захоронении радиоактивных отходов

Все нормативы, которые должны выполняться при захоронении радиоактивных отходов прописываются в лицензии, выдающейся государством. К сожалению, несмотря на это находятся предприятия, которые нарушают законодательство и наносят непоправимый ущерб экологии. Основополагающим принципом при захоронении РАО считается сохранение природы и реализация новейших методов утилизации отходов. При организации могильника, обязательно должны учитываться

Существует два вида захоронений ядерных отходов:

1. Ядерный могильник, который находится на поверхности. В таких могильниках радиоактивные отходы хранятся на протяжении нескольких десятков лет.
2. Рассчитанные на сотни лет хранилища. Они расположены в глубоких шахтах или на дне океана. Данный вид захоронений самый распространённый в мире.

При организации таких захоронений необходимо учитывать определенные правила:

• Расстояние в 20 км от ближайшего населённого пункта, плюс 1 км санитарной зоны.
• Район захоронения должен быть сейсмически благополучным.
• На площади захоронения должны отсутствовать грунтовые воды.
• Должна быть исключена угроза затопления территории захоронения.
• Запрещается устраивать могильник в поймах рек и прибрежных зонах.
• Исключение угрозы эрозии почвы и оползней.
• Все постройки на территории захоронения должны быть построены из материалов, не пропускающих радионуклиды.
• Необходимо обеспечение абсолютной автономии законсервированного могильника.

Альтернативные способы захоронения радиоактивных отходов

Существует широкий спектр других способов захоронения радиоактивных отходов. Однако они либо запрещены мировым сообществом, либо невозможны из-за низкого уровня развития технологий или других факторов.

Помещение радиоактивных отходов в ледниковые щиты

Идея ученных состояла в размещении контейнеров в ледниках Антарктиды и Гренландии. Из-за высокой температуры контейнеры могли растапливать лед, опускаясь все глубже в толщу льда. По мере углубления, над контейнером бы образовывался новый слой льда, который закрывал бы могильник. На данный момент, е смотря на проводимые следования этого способа, такие захоронения запрещены.

Выброс в космическое пространство

Данный проект теоретически разрешён. Идея состоит в отправке отходов на околоземную орбиту или их запуск в сторону солнца. Проект был свёрнут в связи с огромными затратами на его реализацию.

Помещение радиоактивных отработок в зоны подвижек

Суть метода заключалась в помещении отходов в разломах литосферных плит. Ученые предполагали, что магма и лава похоронят под собой радиоактивные отходы под земной корой. Данное предложение было отвергнуто мировым сообществом, так как этот способ противоречил запрету о захоронении отходов в море.

Помещение в море

Суть метода заключена в вывозе отходов в море на кораблях, и сбрасывания их в водостойкой упаковке. Способ несколько лет активно использовался странами Европы: Бельгией, Германией, Францией, но сейчас этот метод под запретом из-за возможного вреда для экологии.

Помещение радиоактивного мусора под морское дно

Метод предполагал организацию захоронений под океаническим дном рядом с необитаемыми островами. Способ не был реализован, хотя и не был запрещён.

Места захоронения ядерных отходов

Топливо, которое отработало полный срок обладает большим количеством продуктов деления. Чтобы избежать его нагрева, первым пристанищем ОЯТ призваны стать бассейны атомных станций. На дне бассейна стержни реакторов залегают несколько лет – вода сдерживает тепло и защищает людей. После того, как отходы остывают их отправляют в хранилища. Существует два вида хранилищ: мокрые и сухие.

Мокрые хранилища

При перевозке отработанного ядерного топлива его температура повышается до 60-80 градусов. В связи с этим, при прибытии их отправляют в водоохлаждающий воздух на несколько часов. Далее происходит переброска контейнера в специальный бассейн, на глубине которого происходит его вскрытие и перенесение содержимых отходов в специальный чехол. Процесс полностью автоматизирован.

Мокрое хранилище являет собой помещение, выстланное металлом. Чехлы с РАО объединены в отсеки. Они покоятся под толщей воды равной двум метрам.

Сухие хранилища

Сухое хранилище – огромное помещение с бетонными модулями. Модули разбиты на отсеки-пеналы, в которых хранятся отходы. Для охлаждения отсеков используется система воздуховодов.

Контейнер для твердых радиоактивных отходов

Перечень требований, которым должен соответствовать контейнер очень большой. Наиболее важные из них следующие:

1. Герметичность тары не должна нарушаться независимо от внешних факторов, даже если это стихийные бедствия и резкие перепады температур.
2. Хранение жидких отходов полностью запрещено.

Почему ядерное топливо закапывают, а не уничтожают

Важно сказать, что через несколько десятилетий технологии человечества будут находиться на другом уровне. Возможно, что переработка отходов уже через 10 лет будет стоить в несколько раз дешевле, чем сейчас. Так же, существует возможность нехватки редких изотопов в будущем, но их с легкостью будет возможным найти в хранилищах.

Ядерные могильники в России

В России переработка и захоронение радиоактивного мусора происходит по всем нормам, которые регулируются законодательством. Ежегодно Россия отрабатывает 5 миллионов тон ядерного топлива, из которых 3 миллиона отправляется на деактивацию, и после на захоронение в могильник. Несмотря на это, в России нет огромного количества могильников, а наполняемость существующих – далека от максимальной.

В России существует несколько могильников радиоактивных отходов, наиболее известные из них:

• Озеро Качай;
• Река Теча;
• Город Озёрск, в котором находится завод «Маяк», принадлежащий РосАтому.

Международные проекты по работе с РАО

Следствием холодной войны стал резкий скачок в атомной отрасли. Возникла необходимость разработки определённых международных проектов, которые могли бы регулировать вопросы оптимального размещения радиоактивных отходов. На сегодняшний день мировое сообщество не смогло добиться единого мнения по всем вопросам, касательно захоронения ядерных отходов. Так, спорным моментом стал вопрос о создании общего могильника на малозаселенных территориях таких стран, как Россия и Австралия. Проект был раскритикован многими странами, и в итоге не получил поддержки для его дальнейшей разработки.

Концепция замкнутого ядерного цикла

Эта концепция признаётся самой передовой в вопросе об утилизации ядерных отходов. Она заключается в повторной обработке уже использованного ядерного топлива, поступающего из реакторов атомных электростанций. В таком случае, цикл переработки был бы не ограничен и дал бы возможность неоднократно использовать получившийся из отходов материал.

В России данная концепция разрабатывается корпорацией РосАтом. Ученые на ядерном предприятии «Маяк» тестирует новейшее оборудование и проводит передовые исследования концепции замкнутого цикла.

Альтернатива ядерного топлива

Термоядерные реакторы представляют собой отличную альтернативу ядерного топлива и атомных реакторов Данная технология была разработана в пятидесятые года прошлого века. Реализация данного проекта стала возможной благодаря токамаку — тороидальной камерой с магнитными катушками. Внутри неё создаётся вакуум, в который вместо воздуха закачивается смесь дейтерия и трития. Из-за магнитных полей, вся смесь нагревается до максимальной температуры и становиться плазмой. Температура плазмы еще в том веке достигала 11 миллионов градусов. Сегодня во Франции строится токамак ИТЭР. В нём температура плазмы достигнет 150 миллионов градусов Цельсия. Благодаря вакууму стенки камеры не плавятся, так как плазма находится в «подвешенном состоянии».

Данная технология сравнительно безопасна. Тритий имеет небольшую радиоактивность, но его период полураспада составляет всего лишь 12 лет. Взрыв такой установки исключён. Давление в камере многократно превышает давление атмосферы, и в случае нарушения хотя бы одного необходимого условия процесс образования плазмы мгновенно прекратится.

Установка имеет отличную производительность. Например, всего лишь 80 грамм смеси дейтерия и трития вырабатывают энергию, равную энергии выработанной при сжигании 1000 тонн угля. Дейтерий и тритий легко получаемы из обычной воды.

Сегодня данная технология не может быть осуществлена в промышленном масштабе. По мнению ученных, при сопутствующей удаче, полномасштабное использование этой технологии может начаться в течении 10-20 лет. Сравнить будущий источник бесконечной энергии можно с маленьким солнцем. Главными плюсами при таком раскладе станут: дешёвая цена энергии, экологичность процесса и сравнительное отсутствие рисков при получении такой энергии.