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?

 

6.2.6. Радиоактивное загрязнение вследствие аварий

 

В случаях, когда происходят аварии на АЭС, возможно загрязнение территории путем эмиссии радиоактивных веществ через атмосферу. Такое загрязнение произошло при тепловом взрыве емкости с РАО в Кыштыме в 1957 г. и при взрыве энергоблока Чернобыльской АЭС в 1986 г.

Кыштымская авария. В результате этой аварии возник «Восточно-уральский радиоактивный след» длиной до 110 км и шириной до 35-50 км, общая площадь существенно загрязненной территории составила 23 тыс. км².

Последствия аварии удалось в основном устранить. Озеро Карачай, в которое попала радиоктивность, равная двум «Чернобылям», в настоящее время почти полностью ликвидировано. Его засыпали, причем использовали для этого самосвалы, закованные в свинцовую броню. В настоящее время от озера осталась небольшая «лужа», что исключило загрязнение атмосферного воздуха. Разработаны способы ликвидации радиоактивной линзы грунтовых вод под озером.

Летом 2000 г. сенсационное заявление сделал японский ученый, начальник лаборатории радиационной безопасности, профессор университета г. Хиросима Джон Токадо: «На территории Челябинской области серьезных радиационных загрязнений нет» (Усманов, 2001). Этот вывод был сделан после тщательного радиометрического изучения района «радиационного следа», оставшегося после аварии. Были исследованы почва, продукты питания, кости и зубная эмаль жителей деревень, получивших неофициальное название проблемных.

Чернобыльская авария. После аварии в Чернобыле было загрязнено более 57 тыс. км² территории, причем пострадали 19 областей и республик (табл. 41).

Таблица 41

Площади областей и республик РФ, загрязненные цезием-137 (по состоянию на январь 1995 г.)

 

Область, республика	Общая площадь, тыс. км^2	Загрязненная площадь, Ku/ км^2
1-5	5-15	15-40	больше 40
Белгородская Брянская Воронежская Калужская Курская Липецкая Ленинградская Нижегородская Орловская Пензенская Рязанская Саратовская Смоленская Тамбовская Тульская Ульяновская Мордовия Татарстан Чувашия Итого	27,1 34,9 52,4 29,9 29,8 24,1 85,9 74,8 24,7 43,2 39,6 100,2 49,8 34,2 25,7 37,3 26,2 68,0 18,0

 

Разрушенный вследствие катастрофы четвертый блок Чернобыльской АЭС заключен в бетонный саркофаг, за состоянием которого следят тысячи специалистов. Вблизи его стен со всех четырех сторон непрерывно работают пробоотборники воздуха, что позволяет вести мониторинг содержания радиоактивных аэрозолей в окружающей атмосфере. Внутри саркофага в специально пробуренных скважинах установлено 100 приборов, следящих за уровнем радиации. Эти исследования показали, что самоподдерживающаяся цепная реакция исключена. Между тем, масса ядерного топлива в саркофаге превышает 150 т. Что будет с ним дальше – неясно, тем более что саркофаг начал разрушаться и встал вопрос о строительстве нового саркофага над старым. «По сути дела проблема аварийного четвертого блока ЧАЭС в принципе полностью не решена, а отодвинута на неопределенный срок, и поэтому сегодня разработки различных проектов обеспечения полной безопасности «саркофага» продолжаются (Усманов, 2001: с. 152).

Контрольные вопросы

1. Какие последствия имел взрыв хранилища РАО в Кыштыме?

2. Каковы масштабы последствий Чернобыльской аварии?

3. Насколько удалось ликвидировать последствия аварий в Кыштыме и Чернобыле?