Андрей Смирнов
Время чтения: ~21 мин.
Просмотров: 0

Классификация, сбор, транспортировка, захоронение радиоактивных отходов

Радиоактивные отходы: разновидности отходов

Радиоактивный мусор – загрязнённые радиацией материалы и вещества, без возможности использования их в дальнейшем (согласно ФЗ №170 «Об использовании атомной энергии» от 21 ноября 1995 года). По классу опасности такие отходы относятся к I категории и являются самыми вредными по степени воздействия на экологический баланс и человека.

Источники ядерного мусора разнообразны: природные объекты,  атомные электростанции, научные лаборатории, предприятия, использующие материалы с радионуклидами.

Энергия атомных реакторов несет в себе массу опасностей, так же как и радиоактивные отходы, поскольку несут риск разрушения организма человека из-за высокого фона излучения доз радиации. Последствиями ядерного воздействия становятся генетические нарушения, лучевая болезнь и смерть.

Все ядерные отходы разделяются на три группы по степени насыщенности опасными элементами:

Низкоактивные (альфа — излучающие). Возникают в процессе деятельности лечебных учреждений, институтов и исследовательских центров. Здесь радиоактивные вещества применяются для проведения химических тестов. Уровень радиации, излучаемой этими материалами, очень низок.

  • Cреднеактивные (бета — излучающие).
  • Высокоактивные (гамма — излучающие).

К двум последним относятся отработанное топливо реакторов и материалы, применяемые в военной промышленности для разработки ядерного оружия. Топливо на станциях представляет собой специальные стержни с радиоактивным веществом. Реактор функционирует ориентировочно от 12 до 18 месяцев, после чего топливо требует замены, а отработанные стержни уходят в отходы.

Также существует деление ядерных отходов по следующим категориям:

Твердый ядерный мусор – материалы, используемые в ходе производства и технического обслуживания, и подвергшиеся облучению: одежда, макулатура, дерево, бытовой мусор.

Жидкое утильсырье. Процесс работы атомных реакторов невозможен без использования технологических растворов. Также сюда относится вода, применяющаяся для обработки специализированной защитной одежды и мытья работников.

Части конструкции радиоактивных реакторов, транспорта и средств технического контроля — еще одна категория облученной утильпродукции.

Дезактивация

В связи с активным загрязнением окружающей среды, в России и других странах мира пытаются найти актуальный способ дезактивации радиоактивного мусора. Да, захоронение и утилизация твердых радиоактивных отходов дают свои результаты, но к сожалению, эти процедуры не обеспечивают безопасность экологии, а значит не являются совершенными. В настоящий момент в России практикуют несколько способов дезактивации РАО.

При помощи карбоната натрия

Такой способ применяется исключительно для твердых отходов, которые попали в почву: карбонат натрия выщелачивает радионуклиды, которые извлекаются из раствора щелочи частицами иона, включающими в свой состав магнитный материал. Далее хелатные комплексы удаляются при помощи магнита. Такой способ обработки твердых веществ достаточно эффективен, однако имеются недостатки.

Проблема метода:

  • Выщелачиватель (формула Na2Co3) имеет достаточно ограниченную химическую способность. Он попросту не в состоянии извлечь всю гамму радиоактивных соединений из твердого состояния и перевести их в тип жидких материалов.
  • Дороговизна способа в основном из — за хемосорбционного материала, который имеет уникальную структуру.

Растворение в азотной кислоте

Применим способ к радиоактивным пульпам и осадкам, эти вещества растворяют в азотной кислоте с примесью гидразина. После этого раствор упаковывают и проводят остеклование.

Главная проблема это дороговизна процедуры, так как упарка раствора и дальнейшая утилизация радиоактивных отходов стоит достаточно дорого.

Элюирование почвы

Применяется для дезактивации почвы и грунта. Такой способ наиболее щадящий по отношению к окружающей среды. Суть заключается в следующем, зараженную почву или грунт обрабатывают проводя элюирование водой, водными растворами с прибавками аммониевыми солями, растворами аммиака.

Главная проблема это относительно небольшая эффективность при извлечении радионуклидов, которые связаны с почвой на химическом уровне.

Дезактивация жидких отходов

Радиоактивные отходы жидких типов – особый вид мусора, который сложен в хранении и в утилизации. Именно поэтому дезактивация – лучшее средство избавления от подобного вещества.

Существует три способа очистки вредного материала от радионуклидов:

  1. Физический метод. Подразумевает процесс выпаривания или вымораживания веществ. Далее проводится герметизация и помещение вредных элементов в могильники мусора.
  2. Физико — химический. При помощи раствора с селективными экстрагентами проводится экстракция, т.е. вывод радионуклидов.
  3. Химический. Очистка радионуклидов при помощи разных природных реагентов. Главная проблема способа заключается в большом количестве оставшихся шламов, которые отправляются на могильники.

Общая проблема каждого метода:

  • Физические способы – крайне высокие затраты на выпаривание и вымораживание растворов.
  • Физико — химические и химические – огромные объемы радиоактивных шламов, отправленные на могильники. Процедура захоронение довольно дорогая, она требует много денег и времени.

Радиоактивные отходы – проблема не только России, но и других стран. Главная задача человечества на данный момент – утилизация радиоактивных отходов и их захоронение. Какими методами это делать, решает каждое государство самостоятельно.

Швейцария не занимается самостоятельной переработкой и захоронением радиоактивных отходов, но активно занимается разработкой программ по обращению с подобным мусором. Если же не предпринимать никаких действий, то последствия могут быть самыми печальными вплоть до гибели человечества и животных.

Компактирование

Отходы группы «Прессуемые» (сегрегированные в процессе сортировки и вторичные производственные РАО) подвергаются компактированию.

Предварительно отходы подпрессовываются на небольшом прессе с усилием 20 т внутри 100-литровой металлической бочки. Заполненные бочки с РАО компактируют на гидравлическом прессе с усилием 1500 т, а образующиеся небольшие по высоте цилиндры помещают в 200-литровые бочки. Процесс автоматизирован: все грузовые и складские механизмы (рольганг с цепным транспортером и тензометрическими весами, штабелер-манипулятор, толкатели, захваты, вращающийся стол и т.д.) управляются программатором, а персонал контролирует работы с пульта управления в отдельном помещении.

Концепция – техническая политика в области обращения с РАО

Существовавшая до недавнего времени практика обращения с радиоактивными отходами АЭС состояла в хранении твердых и упаренных жидких отходов (кубовых остатков) в специальных хранилищах на площадках атомных станций. В последнее время на АЭС внедряются технологии кондиционирования РАО, так как хранение твердых и жидких радиоактивных отходов может рассматриваться только как временная мера. Дальнейшее развитие атомной энергетики требует внедрения целостной системы обращения с радиоактивными отходами, основой которой является концепция (техническая политика), которая определяет развитие вопросов обращения с РАО.

Техническая политика предусматривает разработку и реализацию безопасных методов, технологий и технических средств по переработке, хранению, транспортировке, а также окончательной изоляции твердых и отвержденных РАО от окружающей человека природной среды на весь период сохранения РАО потенциальной опасности или на необходимый срок в случае их изъятия по технологическим причинам. При этом объем ТРО, полученных в процессе иммобилизации ЖРО и предназначенных для долговременного хранения (захоронения), определяет уже экономическую сторону переработки РАО.

Конечной целью реализации осуществления концепции является реализация технологий и оборудования по переработке отходов, проектов безопасного хранения и захоронения РАО.

Концепция РФ по обращению с радиоактивными отходами атомных станций предполагает пять этапов обращения с радиоактивными отходами на АЭС, а также стадию захоронения.

На первом этапе осуществляется сбор и разделение ЖРО по уровню активности, солесодержанию, наличию поверхностно-активных веществ. Твердые отходы также сортируются по уровню активности и, кроме того, на горючие, негорючие, металлические и другие группы в соответствии с планами дальнейшей переработки или хранения.

Второй этап – временное хранение некондиционированных отходов на АЭС. Оно может быть обусловлено отсутствием установок по переработке или необходимостью снижения активности отходов за счет распада короткоживущих радионуклидов.

Третий этап – кондиционирование отходов – предусматривает перевод жидких и твердых отходов в форму, пригодную для хранения, транспортировки и захоронения. Критериями выбора способа кондиционирования являются: химическая, тепловая и радиационная стойкость, взрывобезопасность, механическая прочность конечного продукта, отсутствие газовыделения, а также экономические показатели.

Кондиционирование жидких отходов происходит за счет их концентрирования, отверждения концентратов, размещения продукта переработки в упаковки (бочки, контейнеры или другие емкости). Кондиционирование твердых отходов – это сжигание, прессование, дезактивация, нанесение защитных покрытий, размещение в упаковки (бочки, контейнеры и т.д.). В настоящее время ни одна АЭС Российской Федерации не имеет полного комплекта установок по кондиционированию радиоактивных отходов (таблица 1). На некоторых АЭС жидкие радиоактивные отходы перерабатываются на установках битумирования, цементирования или глубокого упаривания. Твердые радиоактивные отходы на ряде АЭС после сортировки сжигаются или прессуются. На остальных станциях ТРО хранят без переработки.

Четвертый этап – хранение кондиционированных отходов на площадке АЭС. Это обусловлено отсутствием региональных могильников, но также может быть связано с необходимостью снижения активности РАО.

Пятый этап – транспортировка отходов как на площадке АЭС, так и в случае захоронения отходов за пределами атомной станции.

Захоронение радиоактивных отходов означает окончательное удаление отходов из сферы деятельности человека. Оно может осуществляться в приповерхностных объектах и в глубоких геологических формациях в зависимости от изотопного состава и других характеристик отходов.

Таблица 1 – оснащенность АЭС комплексами по переработке РАО

Сухое хранилище

Сухое хранилище ОЯТ

В зале хранения размещаются бетонные модули, а в них — герметичные пеналы с ОЯТ, заполненные азотно-гелиевой смесью. Охлаждает сборки наружный воздух, который самотеком поступает по воздуховодам. При этом не требуется принудительной вентиляции: воздух движется из-за определенного расположение каналов, а отвод тепла происходит за счет конвективного теплообмена. Принцип тот же, что у тяги в камине.

Хранить ОЯТ сухим способом значительно безопаснее и дешевле. В отличие от «мокрого» хранилища здесь нет расходов на водоснабжение и водоподготовку, не нужно  организовывать циркуляцию воды. Объект не пострадает при потере электропитания, да и от персонала не требуется никаких действий, кроме собственно загрузки топлива. В этом смысле создание сухой технологии — огромный шаг вперед. Однако полностью отказаться от водоохлаждаемого хранилища нельзя. Из-за повышенного тепловыделения сборки ВВЭР-1000 должны находиться в воде первые 10-15 лет. Только после этого их можно перемещать в сухой зал или отправлять на переработку.
«Принцип организации сухого хранилища очень прост, — говорит Игорь Сеелев, — однако его никто не предложил раньше. Сейчас патент на технологию принадлежит группе российских ученых. И это подходящая тема для экспансии Росатома на международный рынок, потому что технологией сухого хранения интересуются во многих странах. К нам уже приезжали японцы, французы и американцы. Ведутся переговоры о том, чтобы на ГХК привозили ОЯТ с тех АЭС, которые российские атомщики строят за рубежом».

Сухое хранение — дешевле и безопаснее «мокрого»

Запуск сухого хранилища был особенно важным для станций с реакторами РБМК. До его создания был риск остановки мощностей Ленинградской, Курской и Смоленской АЭС из-за переполнения пристанционных хранилищ. Нынешней емкости сухого хранилища ГХК достаточно, чтобы разместить отработанные сборки РБМК всех российских станций. Благодаря меньшему тепловыделению, их сразу направляют в сухом хранилище, минуя «мокрое». Здесь ОЯТ могут находиться на протяжении 100 лет. Возможно, за это время будут созданы экономически привлекательные технологии для его переработки.

Опытно-демонстрационный центр

Создаваемый в настоящее время опытно-демонстрацио­нный центр (ОДЦ) предназначен для отработки в промышленном масштабе новых подходов к переработке ОЯТ  с минимизацией образования жидких радиоактивных отходов, эффективным отделением на головных операциях 3Н и 129I для исключения этих нуклидов из сбросных потоков, получением достоверных исходных данных для проектирования крупномасштабного перерабатывающего комплекса. Будут изучены возможности переработки ОЯТ в режиме «заказа потребителя», то есть с задаваемыми заказчиком номенклатурой и качеством продуктов регенерации.

В процессе  разработки ОДЦ происходит воссоздание современной научно-технологической базы для развития радиохимической промышленности и повышения уровня компетенции проектных  и  конструкторских организаций. На создаваемом ОДЦ будут отрабатываться инновационные технологии, в первую очередь, основанные на водных методах переработки (упрощенный ПУРЕКС-процесс, переработка с использованием кристаллизационной очистки урана,  экстракционное фракционирование высокоактивных отходов, другие водные процессы) а также неводный метод переработки – флюидная экстракция. Технологическая схема основной технологической линии ОДЦ обеспечит замкнутый по воде технологический цикл и уменьшение объемов РАО для захоронения. Разрабатываемый ОДЦ является многофункциональным и включает:  «базовую» технологическую линию, обеспечивающую отработку технологии полного цикла переработки ОЯТ, с производительностью от 100 т ОЯТ в год;  исследовательские камеры для отработки отдельных операций  новых технологий переработки ОЯТ, с производительностью от 2 т до 5 т ОЯТ в год;  аналитический комплекс; узел переработки нетехнологических отходов;  хранилище U-Pu-Np продуктов; хранилище ВАО; хранилище САО.

Из около 1000 единиц разрабатываемого для ОДЦ нестандартного оборудования около четверти – абсолютно новое оборудование, не имеющее аналогов. Для новых типов оборудования проводятся работы по его  отработке на полномасштабных макетах на специально созданных «холодных» стендах.  В настоящее время разработан проект ОДЦ, разрабатывается рабочая документация, подготовлена площадка строительства, проводятся конкурсы, идут работы по созданию нестандартного оборудования и закупка стандартного оборудования. К 2015 году планируется создать пусковой комплекс ОДЦ со строительством всего здания и коммуникаций в полном объеме и оборудованием исследовательских камер для старта отработки технологий в 2016 году. 

Проект здания ОДЦ на ГХК

Нахождение в природе

Радий довольно редок. За прошедшее с момента его открытия время — более столетия — во всём мире удалось добыть всего только 1,5 кг чистого радия. Одна тонна урановой смолки, из которой супруги Кюри получили радий, содержит лишь около 0,1 г радия-226. Весь природный радий является радиогенным — возникает при распаде урана-238, урана-235 или тория-232; из четырёх найденных в природе наиболее распространённым и долгоживущим изотопом (период полураспада 1602 года) является радий-226, входящий в радиоактивный ряд урана-238. В равновесии отношение содержания урана-238 и радия-226 в руде равно отношению их периодов полураспада: (4,468⋅109 лет)/(1602 года)=2,789⋅106. Таким образом, на каждые три миллиона атомов урана в природе приходится лишь один атом радия; кларковое число радия (содержание в земной коре) составляет ~1 мкг/т.

Все природные изотопы радия сведены в таблицу:

ИзотопИсторическое названиеСемействоПериод полураспадаТип распадаДочерний изотоп (историческое название)
Радий-223актиний Х (AcX)ряд урана-23511,435 дняαрадон-219 (актинон, An)
Радий-224торий Х (ThX)ряд тория-2323,66 дняαрадон-220 (торон, Tn)
Радий-226радий (Ra)ряд урана-2381602 годаαрадон-222 (радон, Rn)
Радий-228мезоторий I (MsTh1)ряд тория-2325,75 годаβактиний-228 (мезоторий II, MsTh2)

Геохимия радия во многом определяется особенностями миграции и концентрации урана, а также химическими свойствами самого радия — активного щёлочноземельного металла. Среди процессов, способствующих концентрированию радия, следует указать в первую очередь на формирование на небольших глубинах геохимических барьеров, в которых концентрируется радий. Такими барьерами могут быть, например, сульфатные барьеры в зоне окисления. Поднимающиеся снизу хлоридные сероводородные радийсодержащие воды в зоне окисления становятся сульфатными, сульфат радия соосаждается с BaSO4 и CaSО4, где он становится практически нерастворимым постоянным источником радона. Из-за высокой миграционной способности урана и способности его к концентрированию формируются многие типы урановых рудообразований в гидротермах, углях, битумах, углистых сланцах, песчаниках, торфяниках, фосфоритах, бурых железняках, глинах с костными остатками рыб (литофациями). При сжигании углей зола и шлаки обогащаются 226Ra. Также содержание радия повышено в фосфатных породах.

В результате распада урана и тория и выщелачивания из вмещающих пород в нефти постоянно образуются радионуклиды радия. В статическом состоянии нефть находится в природных ловушках, обмена радием между нефтью и подпирающими её водами нет (кроме зоны контакта вода—нефть) и в результате имеется избыток радия в нефти. При разработке месторождения пластовые и закачиваемые воды интенсивно поступают в нефтяные пласты, поверхность раздела вода—нефть резко увеличивается, и в результате радий уходит в поток фильтрующихся вод. При повышенном содержании сульфат-ионов растворенные в воде радий и барий осаждаются в виде радиобарита Ва(Ra)SО4, который выпадает на поверхности труб, арматуры, резервуаров. Типичная объёмная активность поступающей на поверхность водонефтяной смеси по 226Rа и 228Rа может быть порядка 10 Бк/л (соответствует жидким радиоактивным отходам).

Основная масса радия находится в рассеянном состоянии в горных породах. Радий — химический аналог щелочных и щёлочноземельных породообразующих элементов, из которых состоят полевые шпаты, составляющие половину массы земной коры. Калиевые полевые шпаты — главные породообразующие минералы кислых магматических пород — гранитов, сиенитов, гранодиоритов и др. Известно, что граниты обладают природной радиоактивностью несколько выше фоновой из-за содержащегося в них урана. Хотя кларк урана не превышает 3 г/т, но в гранитах его содержание составляет уже 25 г/т. Но если гораздо более распространённый химический аналог радия барий входит в состав довольно редких калий-бариевых полевых шпатов (гиалофанов), а «чистый» бариевый полевой шпат, минерал цельзиан BaAl2Si2O8 очень редок, то накопления радия с образованием радиевых полевых шпатов и минералов вообще не происходит из-за короткого периода полураспада радия. Радий распадается на радон, уносящийся по порам и микротрещинкам и вымывающийся с грунтовыми водами. В природе иногда встречаются молодые радиевые минералы, не содержащие уран, например, радиобарит и радиокальцит, при кристаллизации которых из растворов, обогащённых радием (в непосредственной близости от легкорастворимых вторичных урановых минералов), радий сокристаллизуется с барием и кальцием благодаря изоморфизму.

Утилизация и переработка

Утилизация радиоактивных отходов может происходить по-разному. Это зависит от класса РАО, к которому они принадлежат. Наиболее примитивной считается утилизация низкоактивных и среднеактивных РАО. Отметим также, что по строению радиоактивные отходы подразделяются на короткоживущие вещества с непродолжительным периодом полураспада и на отходы с долговременным периодом полураспада. Последние относятся к классу долгоживущих.

Для короткоживущих отходов наиболее простым способом утилизации считается их непродолжительное хранение на специально предназначенных площадках в герметичных контейнерах. В течение определённого времени происходит обезвреживание РАО, после чего радиоактивно безвредные отходы могут быть подвержены переработке подобно тому, как перерабатывается бытовой мусор.

К таким отходам могут относиться, например, материалы лечебно-профилактических учреждений (ЛПУ). Контейнером для непродолжительного хранения может выступать стандартная двухсотлитровая бочка, изготовленная из металла. Чтобы избежать проникновения радиоактивных элементов из емкости в среду, отходы обычно заливаются битумной или цементной смесью.

На фото обозначены технологии обращения с РАО на одном из современных предприятий России

Утилизация отходов, постоянно образующихся на атомных электростанциях, значительно сложнее в осуществлении и требует применения особых методов, таких как, например, плазменная переработка, недавно реализованная на Нововоронежской АЭС. В этом случае РАО подвергают превращению в вещества, подобные стеклу, которые впоследствии помещаются в контейнеры с целью безвозвратного захоронения.

Такая переработка абсолютно безопасна и позволяет в несколько раз сократить количество РАО. Способствует этому многоступенчатая очистка продуктов сжигания. Процесс может протекать в автономном режиме на протяжении 720 часов, с продуктивностью до 250 кг отходов в час. Температурный показатель в печной установке при этом достигает 1800С. Считается, что такой новый комплекс проработает ещё в течение 30 лет.

Город в Заполярье

Мурманск расположен на восточном побережье Кольского залива. Он является крупнейшим городом за Северным полярным кругом и растянулся более чем на 20 километров вдоль побережья Баренцева моря. Аэропорт здесь небольшой, размером со старый владивостокский. Сам город невольно вызывает ассоциации с райцентрами Приморского края в основном из-за отсутствия высотных зданий. Однако центр Мурманска напоминает соседний  Хабаровск — те же строгие сталинские постройки, широкие бульвары и уютные дворики.  В начале октября улицы украшены разноцветной иллюминацией — приближается полярная ночь, и  на протяжении 40 суток  электрический свет хоть как-то будет компенсировать отсутствие солнца. Машин в городе много, причем импортных, включая модели японского (леворульные) и корейского автопромов.

Центр Мурманска. Иллюминацией удается развеять мрак полярной ночи.

Интересующий нас поселок Сайда Губа расположен в 67 км от Мурманска. Попасть сюда постороннему практически невозможно: дорогу перекрывает блокпост, где у каждого проезжающего проверяют документы. Второй блокпост встречает при въезде на территорию Центра по переработке и кондиционированию твердых радиоактивных отходов. Выйдя из микроавтобуса, мы, не сговариваясь, подходим к дежурному дозиметристу и просим показать дисплей радиометра. На табло 0,32 мкЗв/час (милизиверта в час). «Повышенный», — вздыхает кто-то из коллег. — «Должно быть не более 0,3».

Инвентаризация и этапы обращения с отходами

При инвентаризации отходов могут потребоваться несколько уровней детализации. Например, организации, занимающейся переработкой, может быть нужна более подробная опись, в которой будут предлагаться методы обращения с каждым конкретным видом отходов. Для национальных агентств по обращению с РАО для разработки планов на будущее требуются меньше деталей. Политикам и разработчикам национальных стратегий обращения с отходами нужна еще более обобщенная информация .

Обращение с отходами, как правило, делится на два крупных этапа – предшествующий захоронению и непосредственно захоронение. Первый включает все стадии обращения с РАО от образования до захоронения, в том числе обработку (например, предварительная обработка, переработка и кондиционирование), временное (промежуточное) хранение и транспортировку. Захоронение предусматривает постоянное размещение отходов в соответствующем сооружении без намерения их изъятия. РАО готовят к захоронению с помощью технологий, которые, в первую очередь, предназначены для получения формы отходов, совместимой с выбранным или ожидаемым вариантом захоронения. Для оценки того или иного процесса или технологии необходимо рассмотреть имеющиеся решения с точки зрения выполнения требований к переработке, хранению и захоронению отходов. Технические решения по  обращению с РАО были описаны во многих публикациях . Жизненный цикл радиоактивных отходов состоит из следующих этапов.

Предварительная обработка РАО включает все операции до непосредственной обработки, направленные на обеспечение возможности последующего применения выбранных технологий переработки и кондиционирования, – сбор, разделение, дезактивацию, корректировку химического состава и фрагментацию.

Обработка объединяет операции, нацеленные на повышение безопасности и экономических показателей за счет изменения характеристик радиоактивных отходов. Ее основными задачами являются уменьшение объема, удаление радионуклидов из РАО, а также изменение их физико-химического состава. Некоторые методы обработки могут обеспечить форму РАО, соответствующую требованиям хранения и захоронения. Однако в большинстве случаев переработанные отходы требуют дальнейшего кондиционирования либо отверждения и иммобилизации (инкапсуляции).

Кондиционирование охватывает работы по созданию упаковки отходов, пригодной для перемещения, транспортировки, хранения и/или захоронения. Оно может включать иммобилизацию РАО, размещение их в контейнерах, а также, при необходимости, переупаковку. Иммобилизация предполагает создание формы отходов за счет отверждения и включения РАО в матрицы (или инкапсуляции). Общепризнанными матрицами для иммобилизации являются цемент, битум и стекло.

Хранение обеспечивает изоляцию РАО с сохранением возможности извлечения, а также охрану окружающей среды и мониторинг хранилищ в течение всего срока размещения в них РАО.

Транспортировка предполагает физическое перемещение радиоактивных отходов в специально разработанных упаковках из одного места в другое. Например, собранные РАО могут быть перевезены из пункта сбора в пункты централизованного хранения и обработки, упаковки с кондиционированными отходами – из пункта обработки или хранения к месту захоронения.

Захоронение предусматривает размещение отходов в соответствующем сооружении без намерения их изъятия. Отметим, что в некоторых странах контролируемые сбросы в окружающую среду часто рассматриваются в качестве регулируемого варианта захоронения.

На всех этапах обращения с отходами важно определение их характеристик – характеризация. Она включает определение физических, химических и радиологических свойств отходов, важных для оценки  необходимости дальнейшей обработки, переработки, кондиционирования или пригодности РАО к  последующему перемещению, переработке, хранению и захоронению

Предварительная характеризация как часть предварительной обработки имеет большое значение для выбора наиболее эффективного метода обращения с РАО. Методы определения характеристик радиоактивных отходов, включая процедуры отбора проб, подробно описаны в руководстве МАГАТЭ .

Карта классификаций

Основным источником ядерных материалов в России являются сфера атомной энергетики и военные разработки. Все отходы ядерного производства имеют три степени радиации, знакомые многим еще из курса физики:

  • Альфа — излучающие.
  • Бета — излучающие.
  • Гамма — излучающие.

Первые считаются самыми безобидными, так как дают неопасный уровень радиации, в отличие от двух других. Правда, это не мешает им входить в класс наиболее опасных отходов.
В целом, карта классификаций ядерных отходов в России делит их на три вида:

  1. Твердый ядерный мусор. К нему относится огромное количество материалов технического обслуживания в сферах энергетики, одежда персонала, мусор, скапливающийся в ходе работы. Такие отходы сжигают в печах, после чего пепел смешивается со специальной цементной смесью. Ее заливают в бочки, запаивают и отправляют в хранилище. Захоронение подробно описано ниже.
  2. Жидкие. Процесс работы атомных реакторов невозможен без использования технологических растворов. Кроме того, сюда относится вода, которую применяют для обработки спец костюмов и мытья работников. Жидкости тщательно выпаривают, а дальше происходит захоронение. Жидкие отходы нередко перерабатываются и используются в качестве топлива для атомных реакторов.
  3. Элементы конструкции реакторов, транспорта и средств технического контроля на предприятии составляют отдельную группу. Их утилизация — самая дорогостоящая. На сегодняшний день существует два выхода: установка саркофага или демонтаж с его частичной дезактивацией и дальнейшее отправление в хранилище на захоронение.

Карта ядерных отходов в России также определяет низкоактивные и высокоактивные:

  • Низкоактивные отходы — возникают в процессе деятельности лечебных учреждений, институтов и исследовательских центров. Здесь радиоактивные вещества применяются для проведения химических тестов. Уровень радиации, излучаемой этими материалами, очень низок. Правильная утилизация позволяет превратить опасный мусор в обычный приблизительно за несколько недель, после чего его можно уничтожить как обычные отходы.
  • Высокоактивные отходы — это отработанное топливо реакторов и материалы, применяемые в военной промышленности для разработки ядерного оружия. Топливо на станциях представляет собой специальные стержни с радиоактивным веществом. Реактор функционирует примерно 12 — 18 месяцев, после чего топливо необходимо менять. Объем отходов при этом просто колоссальный. И эта цифра растет во всех странах, развивающих сферу атомной энергетики. Утилизация высокоактивных отходов должна учитывать все нюансы, чтобы избежать катастрофы для окружающей среды и человека.

Преимущества плазменной технологии

Практика ГУП МосНПО «Радон» показывает, что удельные капитальные затраты на создание подобной установки и эксплуатационные расходы на переработку РАО плазменным методом (на единицу массы перерабатываемых отходов) за счет высокой производительности плазменной установки не превышают затрат на сжигание. При этом установка способна перерабатывать одновременно отходы, поступающие на сжигание, плавление, прессование и суперкомпактирование. Плазменная переработка ТРО исключает также стадию цементирования продукта сжигания РАО – зольного остатка.

Плазменная технология обеспечивает высокие коэффициенты сокращения объема смешанных отходов. После размещения продукта в невозвратных защитных контейнерах в хранилищах кондиционированных форм ТРО на долговременное хранение соответствующие коэффициенты варьируются в диапазоне от 25 до 40, тогда как весь комплекс операций по сжиганию, цементированию, прессованию и суперкомпактированию отходов смешанной морфологии дает коэффициенты сокращения объема 4-8. Учитывая конечный объем продуктов переработки и связанные с этим капитальные и эксплуатационные затраты на хранение кондиционированных отходов, плазменная переработка твердых РАО становится в 1,5-2,5 раза выгоднее многостадийной переработки ТРО с использованием процессов сжигания, цементирования и компактирования отходов.
Широкий спектр отходов, принимаемых на переработку, и одностадийный процесс получения продукта, пригодного для длительного хранения, определяют преимущества плазменного метода по сравнению со сжиганием.

Применение плазменно-пиролитического метода переработки радиоактивных отходов в шахтной печи наиболее экономически оправдано на атомных электростанциях, где себестоимость электроэнергии невысока. Вдобавок ее внедрение повышает не только экономическую эффективность, но и экологическую безопасность обращения с радиоактивными отходами различной морфологии.

Термическая переработка РАО сопровождается образованием дымовых газов, содержащих, наряду с радиоактивными аэрозолями, неорганические вредные химические вещества и органические токсиканты. Как показывает практика эксплуатации, установка плазменной переработки ТРО «Плутон» оказывает меньшее воздействие на окружающую среду по сравнению с установкой сжигания отходов в камерной печи.

В результате исследований, выполненных ГУП МосНПО «Радон» совместно с НПО «Тайфун», установлено, что в пиролизных газах на выходе плазменной шахтной печи концентрация полихлорированных дибензо-п-диоксинов и дибензофуранов (ПХДД/ПХДФ), в пересчете на токсический эквивалент (ТЭ), в среднем, в пять раз меньше, чем в дымовых газах на выходе камерной печи сжигания отходов.

Содержание суммы ПХДД/ПХДФ в отходящих газах на выходе системы газоочистки установки «Плутон» не превышало 0,014-0,02 нг/м3 ТЭ, что примерно в пять раз ниже европейского норматива для установок сжигания отходов. Концентрация тяжелых металлов в технологических газовых выбросах в атмосферу также была ниже нормативов, установленных в странах Западной Европы.

Таким образом, внедрение плазменно-пиролитической технологии для переработки твердых радиоактивных отходов АЭС поможет повысить  экономическую эффективность обращения с РАО, имеющими разнообразную морфологию, за счет экономии объема хранилищ отходов и уменьшения количества оборудования и операций кондиционирования, а также позволит размещать РАО на длительное хранение с обеспечением безопасности окружающей среды.
Плазменная технология не только решает проблему вновь образующихся эксплуатационных отходов, но и обеспечивает глубокую термическую переработку радиоактивных отходов, накопленных ранее и компактированных в металлических бочках, освобождая место для хранения ТРО.
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Степан Волков
Наш эксперт
Написано статей
141
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации