Проблема безопасности ядерной энергетики, захоронения отходов

     Далее акцентируем внимание на отходах, которые  нельзя отнести к стандартным  выбросам и которые требуют хранения и удаления после обработки.

     Добыча. Рудничные хвосты, остающиеся в процессе добычи и дробления, - основные отходы от добычи. После завершения действий, связанных с добычей методом открытой разработки, отходы в большинстве случаев помещаются назад в карьер, откуда была первоначально извлечена урановая руда, а участок реабилитируется для повторного использования. Там, где это невозможно, используются специально спроектированные хвостохранилища по обращению с отходами горных выработок, выведенных из эксплуатации, а участок будет восстанавливаться до тех пор пока не будет гарантировано превращение этого хранилища в долговременную стабильную структуру.

     Производство  топлива. Процесс производства топлива  включает три фазы, а именно конверсию, обогащение и изготовление топлива. Небольшие количества жидких и твердых  отходов, содержащих уран, производятся в течение обогащения урана и изготовления топлива. Обедненный уран, остающийся после обогащения, обыкновенно восстанавливается. Он повторно используется (с рециклируемым плутонием) для изготовления смешанного оксидного топлива и разбавления высоко обогащенного урана от демонтированного оружия, который теперь используется для реакторного топлива. Производятся небольшие объемы отходов, которые упаковываются для хранения и удаления. Отходы, сгенерированные от этих действий, в общем случае классифицируются как долгоживущие отходы низкого или промежуточного уровня активности.

     Реакторы. Отходы высокого уровня активности (HLW) – основной источник отходов в  пересчете на активность, возникающий  в результате использования ядерных  реакторов для производства электроэнергии. Высокорадиоактивные продукты деления и трансурановые элементы нарабатываются из урана и плутония в течение всего срока эксплуатации реактора и содержатся в основном в составе отработанного топлива. В тех странах, где исповедуется замкнутый ядерно-топливный цикл и применяется процесс переработки материалов, содержащихся в отработанном топливе, продукты деления и трансурановые элементы отделяются от урана и плутония и обрабатываются как HLW (а уран и плутоний повторно используются как топливо в реакторах). В странах, где отработанное топливо не перерабатывается, само отработанное топливо рассматривается как отходы и поэтому классифицируется в качестве HLW. 

     Отходы  низкого и промежуточного уровня активности образуются в результате операций по очистке систем охлаждения реактора и водоемов хранения топлива, дезактивации оборудования, фильтров и металлических компонентов, которые стали радиоактивными в результате их использования в реакторе или возле него.

     Стандартный большой реактор на легкой воде (1 ГВт (э)) производит ежегодно 200-350 м3 отходов низкого и промежуточного уровня. В случае, когда отработанное топливо рассматривается в качестве отходов, производится ежегодно 20 м3 (30 тонн) высокоактивных отходов (HLW), что соответствуют объему в 75 м3 для удаления после формирования пакета. Когда тот же самый объем отработанного топлива перерабатывается, то производится лишь 3м3 остеклованных отходов (стекла), что эквивалентно объему в 28 м3 после размещения в ёмкостях для удаления.

       Переработка. Продукты деления и трансурановые элементы, содержащие долгоживущие радиоактивные изотопы - основные отходы от переработки. После их отделения от урана и плутония (процесс PUREX) в отработанном топливе (уран и плутоний после этого повторно используются как топливо в реакторах) продукты деления и трансурановые элементы остекловываются в боросиликатном стекле и инкапсулируются для хранения в контейнеры из нержавеющей стали. Для возможного захоронения глубоко под землей в настоящее время предусматривается, что эти контейнеры будут иметь дополнительное внешнюю оболочку (наружный контейнер) в виде больших стальных бочек.

       Вывод из эксплуатации. После  закрытия ядерной установки здания  и сооружения, в которых она размещается, прежде всего, дезактивируются и демонтируются. В случае вывода из эксплуатации ядерных реакторов сначала удаляется все отработанное топливо, составляющее 99 % радиоактивности реактора. Большая часть отходов, образующихся при выводе из эксплуатации, являются отходами низкого уровня активности, а именно являются следствием поверхностного загрязнения внутренних поверхностей рассматриваемых объектов. Отходы промежуточного уровня активности также образуются при демонтаже внутренних конструкций реактора. 

     Много отходов при выводе из эксплуатации ядерных установок образуется при  демонтаже строений, находящихся  в пределах ядерной установки, но не подвергавшихся воздействию радиации или радиоактивных материалов, например, газотурбинного зала и административных зданий. Эти сооружения выводятся из эксплуатации с использованием обычных методов, а образовавшиеся при этом отходы после переработки могут повторно использоваться или вывозиться на общегородские свалки мусора. 

Обращение с  отходами 

     Процессы обработки и кондиционирования используются для трансформации радиоактивных отходов в формы, подходящие для последующего обращения с ними, например, перевозки, хранения и окончательного удаления. Защита людей и окружающей среды от радиации и возможной дисперсии радиоактивных материалов - самые важные приоритеты промышленности.

     Основные  цели состоят в том, чтобы минимизировать объем отходов, для которых требуется  обращение через процессы обработки  и уменьшить потенциальную опасность  отходов путем их кондиционирования в устойчивые твердые формы, которые фиксируют их в неподвижном состоянии и обеспечивают их сдерживание, гарантируя безопасное обращение с отходами в течение их перевозки, хранения и окончательного удаления.

     Необходимо  отметить, что выбор используемых процессов зависит от уровня активности и типа (классификации) отходов. Политика в области обращения с ядерными отходами каждой страны и ее национальные нормативы также влияют на принятый подход.

     Уплотнение - зрелая, высокотехнологичная и  надежная технология уменьшения объема, которая используется при переработке РАО, главным образом, при обращении с твердыми промышленными отходами низкого уровня активности (LLW). Некоторые страны (Германия, Великобритания и США) также используют эту технологию для уменьшения объема промышленных отходов промежуточного уровня активности ILW/трансурановые (TRU). Диапозон установок для уплотнения может быть достаточно широк: от систем уплотнения с низкой силой давления (~5 тонн или выше) до прессов с силой уплотнения более 1000 тонн, которые называются суперуплотнителями. Коэффициенты уменьшения объема обычно находятся между 3 и 10, в зависимости от обрабатываемых отходов.

     Уплотнение  с низкой силой давления осуществляется на гидравлических или пневматических прессах для сжатия отходов в подходящие для этого контейнеры, например, металлические бочки емкостью в 200 литров. Для достижения суперуплотнения большой гидравлический пресс сминает непосредственно металлическую бочку или другой приемный резервуар, содержащий различные формы твердых отходов низкого или промежуточного уровня активности (LLW или ILW). Металлическая бочка или контейнер удерживается в пресс-форме в течение уплотняющего хода суперуплотнителя, который до минимума уменьшает наружный размер бочки или контейнера. Сжатая металлическая бочка затем снимается с пресс-формы, и процесс повторяется. Две или больше смятых бочек, также называемые таблетками, затем герметизируются внутри контейнера для промежуточного хранения и/или окончательного удаления.

     По  своей конструкции установка суперуплотнения может быть передвижной или стационарной, снабженной как базовой системой ручного управления, с минимумом вспомогательного оборудования, так и детально разработанной системой компьютерного управления, которая выбирает металлические бочки, предназначенные для обработки, измеряет вес и уровни излучения, сжимает бочки, размещает сжатые бочки в наружные контейнеры, герметизирует наружные контейнеры, записывает данные о содержании бочек и наружных контейнеров в автоматизированные системы памяти.

     Технология  сжигания (прокаливания) в основном используется для уменьшения объема горючих отходов низкого уровня активности. Это - технология, которая  является также предметом беспокойства населения во многих странах, поскольку  местных жителей волнует проблема образующихся при сжигании выбросов в атмосферу. Тем не менее, эта технология может использоваться для обработки как жидких, так и твердых отходов - древесины, бумаги, одежды, резины, а также органических отходов. Пока она используется согласно строгим нормам, установленным для выбросов в атмосферу.

     Современные системы сжигания - хорошо спроектированные, высоко технологичные процессы, разработанные  для полного и эффективного сжигания отходов с минимальным количеством выделений. После отделения горючих отходов от негорючих составных частей, отходы сжигают (прокаливают) в специально спроектированной печи для обжига и сушки при температуре до ~1000oC. Любые газы, выделившиеся во время прокаливания, обрабатываются и отфильтровываются до их выпуска в атмосферу и должны контролироваться на предмет соответствия международным эталонам и национальным нормам выпуска выбросов в атмосферу.

     После прокаливания остается зола, которая  содержит радионуклиды, для нее может  потребоваться дальнейшее кондиционирование вплоть до удаления, например, посредством цементирования или битуминизации. Если это будет рентабельно, для дальнейшего снижения объема зольных отходов может также использоваться технология уплотнения. Достигнуты коэффициенты снижения объема вплоть до 100 в зависимости от плотности отходов.

     Цементирование  с помощью жидких цементных растворов, приготовленных по специальным рецептам, позволяет обеспечивать иммобилизацию радиоактивных материалов, находящихся в твердом виде, в виде ила и осадков/гелей или активированных материалов.

     Как правило, твердые отходы помещаются в контейнеры. Затем в этот контейнер  заливается жидкий цементный раствор, где он и схватывается. Далее контейнер с теперь уже монолитным блоком бетона / отходов пригоден для хранения и удаления. В случае если отходы находятся в виде ила и хлопьев, в контейнер, куда они помещаются, добавляется порошковая цементная смесь. Эти два компонента смешиваются внутри контейнера и оставляются для схватывания бетона, также как и при обращении с отходами в твердом виде.

     Этот  процесс использовался, например, для  отходов среднего уровня активности в небольших бочках из-под нефтепродуктов и в 500-литровых контейнерах, затем его применение было расширено на половину контейнеров ISO (Международная организация по стандартизации) для отходов низкого уровня активности. 

     Связывание  отходов высокого уровня активности (HLW) требует формирования нерастворимых, твердых форм, которые останутся устойчивыми в течение многих тысяч лет. В основном в качестве среды для размещения HLW выбирается боросиликатное стекло. Стабильная сохранность стекла с античных времен на протяжении тысячелетий подтверждает мысль о пригодности боросиликатного стекла в качестве материала для такой матрицы.

     Этот  технологический процесс, называемый остекловыванием, также был применен для отходов низкого уровня активности, там, где тому соответствовали тип  отходов или уровень экономики.

     Наиболее  высокоактивные отходы образуются в  жидкой форме после переработки  отработанного топлива. Чтобы внедрить эти отходы в стеклянную матрицу, их первоначально прокаливают (высушивают), переводя в твердую форму. В таком  виде их затем добавляют в расплавленное стекло, находящееся в нержавеющем контейнере, и охлаждают, создавая твердую матрицу. Контейнеры затем закрываются сваркой и готовятся для хранения и окончательного удаления.

     Остекловывание  на месте (in-situ) было опробовано в качестве меры «фиксации» радиоактивности в  загрязненной почве, а также для  создания барьера, предотвращающего дальнейшее распространение загрязнения. Подобный процесс в настоящее время  используется во Франции, Японии, ряде стран бывшего Советского Союза, Великобритании и США и считается предпочтительным процессом для обращения с отходами высокого уровня активности (HLW), возникающими при переработке отработанного топлива. 

Способы хранения ядерных отходов 

     Сегодня практика безопасного обращения  осуществляется или планируется  для всех категорий радиоактивных  отходов.

     1) Отходы очень низкого уровня  активности (LLW) и большая часть  отходов среднего уровня активности (ILW), которые составляют большую  часть производимых отходов (97%), содержащих радионуклиды с коротким периодом полураспада безопасно удаляются в приповерхностные хранилища во многих странах, для того чтобы не причинять вреда или риска в долгосрочной перспективе.