Наука. Переработка радиоактивных отходов

Наука. Переработка  радиоактивных отходов

Радиоактивные ядерные  отходы и их переработка 

Радиоактивные ядерные  отходы принято подразделять на три  категории: слабоактивные отходы, отходы со средней активностью и сильноактивные отходы. 

Слабоактивные отходы обычно сбрасываются в окружающую среду. Воздух, содержащий радиоактивную пыль, пропускают через фильтры и затем  выпускают в атмосферу. Сточные  воды с атомных электростанций (при  низком уровне их радиоактивности) сбрасывают в реки и моря. 

Отходы со средней  активностью включают контейнеры от ядерного топлива, твердый лом, строительные материалы, отстойный ил и некоторые  жидкие отходы. Обычно их хранят на атомных  электростанциях. Некоторое количество слабоактивного лома помещают в бетонные контейнеры и сбрасывают в глубоководной  части океанов.

Дренажный канал  в Британском центре захоронения  ядерных отходов вблизи Селлафилда в Камбрии. Предприятие в Селлафилде представляет собой Британский центр переработки облученного и радиоактивного топлива, из которого в качестве побочных продуктов извлекают плутоний и неизрасходованный уран, предназначенные для дальнейшего использования. Выделение урана, плутония и продуктов ядерного деления осуществляется с помощью противоточной жидкостной экстракции. 

Сильноактивные отходы-сильноактивные продукты реакций ядерного деления. Уровень активности таких отходов настолько высок, что лишь приблизительно через 500 лет он понизится до уровня активности урановой руды, из которой получено ядерное топливо. Сильноактивные отходы хранят в виде концентрированной жидкости на территории атомной электростанции. Для хранения используют контейнеры из нержавеющей стали с двойными стенками, которые помещают в бетонные камеры, армированные нержавеющей сталью. В конце концов они подлежат превращению в стеклообразные блоки, футерованные стальными плитами, которые приблизительно через 50 лет должны быть захоронены в глубоких шахтах на уровне материковых горных пород или глубоко на дне океана. Общее количество сильноактивных отходов, накопившихся в Великобритании с 1956 по 1983 г., составляет приблизительно 2000 м3. Основная часть этих отходов хранится на перерабатывающем заводе в Селлафилде.

Российские ученые разработали и протестировали уникальную методику безопасной утилизации радиоактивных  отходов. Суть ее заключается в том, что опасные отходы помещаются в  природные гидротермальные системы. При этом они превращаются в химические соединения, аналогичные природным и абсолютно безопасные для биосферы.

С тех пор как  человечество научилось использовать атомную энергию, сразу же возникла проблема: что делать с радиоактивными отходами? Ведь они не очень-то хорошо влияют на здоровье людей, а также  прочих живых существ, поэтому просто вылить их в речку или закопать на свалке нельзя.  

Прежде методика захоронения радиоактивных отходов  сводилась к тому, что их помещали в свинцовые контейнеры, которые  затем закапывали в землю. 

Однако надежность свинцовой тары исчерпывается несколькими  десятками лет, после чего никто  не может гарантировать ее герметичность  и, следовательно, безопасность. 

Группа российских ученых разработала принципиально  иной способ захоронения жидких и  полужидких радиоактивных отходов. Идея возникла достаточно давно, причем, что любопытно, как "побочный продукт" изучения возможностей геотермальной  энергетики. Суть метода заключается  в том, что опасные отходы помещаются в высокотемпературные (до 350 градусов Цельсия) гидротермальные системы. 

Напомним: к таким  системам относятся места выхода или локализации горячих подземных  вод. Ученые давно заметили, что в  этих местах многие геологические процессы, в частности превращение одних  веществ в другие, идут несколько быстрее, чем в "нормальных" зонах земной коры. Получается, что данные зоны из-за повышенной температуры (и давления) представляют собой как бы "природные лаборатории" химического синтеза. 

"Термальные воды  находятся в любой точке земного  шара, правда, на разной глубине,  — говорит Владимир Белоусов, ведущий научный сотрудник Института  вулканологии и сейсмологии ДВО  РАН. — Сейчас бурением глубоких  скважин вскрыты высокотемпературные гидросистемы и в Москве, и на Кольском полуострове, и на Урале, и на Камчатке, и под океанами и морями. В составе веществ, находящихся в этих зонах, природные сорбенты, способные поглощать тяжелые металлы и много чего другого". 

По словам ученого, после того как сорбенты заберут  в себя основное количество опасных  отходов, на их основе образуются кремнистые вещества, которые надежно, на миллионы и миллиарды лет, удерживают радионуклиды и иные вредные металлы в глубоких недрах Земли. Это может иметь  практический смысл для человечества, ведь во дворе любого промышленного  предприятия, находящегося в зоне, где есть гидротермальные системы, можно просто пробурить скважину на необходимую глубину и погружать туда произведенные отходы. 

Новая технология включает три стадии процесса утилизации. Первая — сорбция, то есть поглощение радиоактивных  химических элементов глинистыми минералами и гелями природных коллоидных растворов. При этом образуется некая масса, похожая на студень, называемая гидрогелем. Гидрогель включает в себя большинство  отходов, которые таким образом  оказываются заключенными в "естественный контейнер", надежность которого превосходит  вышеупомянутый свинцовый. 

Далее должно происходить  постепенное осаждение образовавшихся "радиоактивных" гидрогелей на геохимических  барьерах (так называются зоны резкого  уменьшения миграционной способности  химических элементов). В этих зонах  ряд элементов и веществ задерживаются  и не могут погружаться дальше вглубь. Типичным примером подобного  барьера служат бедные кислородом почвы  болот, в которых задерживаются  железо и марганец, что приводит к образованию так называемого  болотного железа. 

Однако геохимические  барьеры имеются не только на поверхности  земли, но и в гидротермальных  системах. И здесь они служат подобием некого пылесборника для пылесоса, задерживая ряд веществ и вызывающие их накопления в этом слое. 

После того как гидрогели  будут "уловлены" барьером, наступит третья стадия — образование нерастворимого коллоидного кварца, более известного как халцедон. Поскольку данное вещество, как мы помним, нерастворимо в любой  воде, даже очень горячей, оно, включив  в себя опасные отходы, никогда  не отдаст их обратно по доброй воле. Так что, как вы понимаете, радиоактивные  элементы будут надежно спрятаны от разумных (и неразумных) живых  существ на сотни тысяч, а то и  на миллионы лет. 

О том, что с ними будет дальше, ученые пока не могут  сказать с уверенностью, однако совершенно очевидно, что со временем они обязательно  включатся в процессы, приводящие к образованию рудных залежей. Получается, что, используя подобную технологию утилизации, человек как бы возвращает Земле то, что когда-то взял у нее. Подобный подход, как видите, не только практичен, но и еще весьма этичный.

По расчетам ученых, которые затем были подтверждены экспериментально, на две первые стадии утилизации требуется всего лишь час времени. Третья стадия растягивается  на много лет, однако, как мы помним, это не принципиально, поскольку  отходы уже надежно изолированы  от всех, для кого могут представлять опасность. 

По оценкам заведующего  отделом геотермии и геохимии Института вулканологии ДВО РАН  Виктора Сугробова, такая система захоронения отходов позволит утилизировать до 100 тонн урана в год и может обеспечить нейтрализацию накопленных объемов радиоактивных отходов. Он также отметил, что метод полностью соответствует требованиям МАГАТЭ и, кроме того, экономически выгоден, поскольку его повсеместное внедрение позволит резко сократить расходы на строительство временных складов и могильников. 

Итак, несмотря на то, что на разработку и испытание  данной методики потребовалось более  пятнадцати лет (первые патенты были получены еще в 1993 году), на данный момент она считается вполне доработанной и оправдавшей себя как с точки  зрения безопасности окружающей среды, так и с финансовой точки зрения. Осталось начать бурить скважины. Ну, а  это у наших буровиков, как  мы знаем, всегда хорошо получалось…