Радиоактивные отходы - Radioactive waste

Бочки с низкоактивными радиоактивными отходами Таиландского института ядерных технологий (TINT) .

Радиоактивные отходы - это тип опасных отходов , содержащих радиоактивные материалы . Радиоактивные отходы являются результатом многих видов деятельности, включая ядерную медицину , ядерные исследования , производство ядерной энергии , добычу редкоземельных элементов и переработку ядерного оружия . Хранение и захоронение радиоактивных отходов регулируется государственными органами в целях защиты здоровья человека и окружающей среды.

В целом они классифицируются на низкоактивные отходы (НАО), такие как бумага, тряпки, инструменты, одежда, которые содержат небольшие количества в основном короткоживущей радиоактивности, и отходы среднего уровня активности (САО), которые содержат более высокие уровни радиоактивности и требуют некоторая защита и высокоактивные отходы (ВАО), которые являются высокорадиоактивными и горячими из-за остаточного тепла, поэтому требуют охлаждения и защиты.

На заводах по переработке ядерных материалов около 96% отработавшего ядерного топлива перерабатывается обратно в топливо на основе урана и смешанное оксидное топливо (МОКС) . Остальные 4% - это продукты деления, которые являются высокорадиоактивными высокоактивными отходами. Эта радиоактивность со временем естественным образом уменьшается, поэтому материал хранится в соответствующих помещениях для захоронения в течение достаточного периода времени, пока он не перестанет представлять угрозу.

Время хранения радиоактивных отходов зависит от типа отходов и радиоактивных изотопов. Краткосрочные подходы к хранению радиоактивных отходов заключались в разделении и хранении на поверхности или вблизи поверхности. Захоронение в глубоком геологическом хранилище является предпочтительным решением для длительного хранения высокоактивных отходов, в то время как повторное использование и трансмутация являются предпочтительными решениями для сокращения запасов ВАО.

Краткое изложение количества радиоактивных отходов и подходов к обращению для большинства развитых стран представлено и периодически рассматривается в рамках Объединенной конвенции Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) о безопасности обращения с отработавшим топливом и о безопасности обращения с радиоактивными отходами. .

Природа и значение

Некоторое количество радиоактивных отходов обычно состоит из ряда радионуклидов , которые представляют собой нестабильные изотопы элементов, которые подвергаются распаду и тем самым испускают ионизирующее излучение , которое вредно для человека и окружающей среды. Различные изотопы испускают разные типы и уровни радиации, которые сохраняются в течение разных периодов времени.

Физика

Радиоактивность всех радиоактивных отходов со временем ослабевает. Все радионуклиды, содержащиеся в отходах, имеют период полураспада - время, за которое половина атомов распадается на другой нуклид . В конце концов, все радиоактивные отходы распадаются на нерадиоактивные элементы (например, стабильные нуклиды ). Поскольку радиоактивный распад следует правилу полураспада, скорость распада обратно пропорциональна продолжительности распада. Другими словами, излучение долгоживущего изотопа, такого как йод-129, будет намного менее интенсивным, чем излучение короткоживущего изотопа, такого как йод-131 . В двух таблицах показаны некоторые из основных радиоизотопов, их период полураспада и их радиационный выход как доля от выхода деления урана-235.

Энергия и тип ионизирующего излучения, испускаемого радиоактивным веществом, также являются важными факторами при определении его угрозы для человека. Химические свойства радиоактивного элемента будут определять, насколько мобильно это вещество и насколько вероятно его распространение в окружающей среде и заражение людей. Это еще больше осложняется тем фактом, что многие радиоизотопы не распадаются сразу до стабильного состояния, а, скорее, превращаются в продукты радиоактивного распада в цепочке распада, прежде чем в конечном итоге достигают стабильного состояния.

Фармакокинетика.

Воздействие радиоактивных отходов может нанести вред здоровью из-за воздействия ионизирующего излучения. У людей доза в 1 зиверт несет в себе риск развития рака 5,5%, и регулирующие органы предполагают, что этот риск линейно пропорционален дозе даже для низких доз. Ионизирующее излучение может вызывать делеции в хромосомах. Если облучают развивающийся организм, такой как плод , возможно, что это может быть вызвано врожденным дефектом , но маловероятно, что этот дефект будет в гамете или гаметообразующей клетке . Частота радиационно-индуцированных мутаций у людей, как и у большинства млекопитающих, невелика из-за естественных механизмов восстановления клеток, многие из которых только что стали известны. Эти механизмы варьируются от репарации ДНК, мРНК и белков до внутреннего лизосомного переваривания дефектных белков и даже индуцированного самоубийства клетки - апоптоза.

В зависимости от режима распада и фармакокинетики элемента (как организм обрабатывает его и как быстро) угроза, связанная с воздействием той или иной активности радиоизотопа, будет различаться. Например, йод-131 является короткоживущим бета- и гамма- излучателем, но поскольку он концентрируется в щитовидной железе, он более способен вызывать повреждения, чем цезий- 137, который, будучи водорастворимым , быстро выводится с мочой. Аналогичным образом, альфа- излучающие актиниды и радий считаются очень вредными, поскольку они имеют тенденцию к длительному биологическому периоду полураспада, а их излучение имеет высокую относительную биологическую эффективность , что делает его гораздо более разрушительным для тканей на количество вложенной энергии. Из-за таких различий правила, определяющие биологическое повреждение, сильно различаются в зависимости от радиоизотопа, времени воздействия, а иногда и от природы химического соединения, содержащего радиоизотоп.

Источники

Радиоактивные отходы поступают из ряда источников. В странах, где есть атомные электростанции, ядерное вооружение или заводы по переработке ядерного топлива, большая часть отходов образуется в результате ядерного топливного цикла и переработки ядерного оружия. Другие источники включают медицинские и промышленные отходы, а также природные радиоактивные материалы (NORM), которые могут концентрироваться в результате переработки или потребления угля, нефти и газа, а также некоторых полезных ископаемых, как обсуждается ниже.

Ядерный топливный цикл

Внешний интерфейс

Отходы начальной стадии ядерного топливного цикла обычно представляют собой альфа-выделяющие отходы от добычи урана. Часто содержит радий и продукты его распада.

Концентрат диоксида урана (UO ₂ ), добываемый в горнодобывающей промышленности, в тысячу раз радиоактивнее гранита, используемого в строительстве. Его очищают от желтого кека (U ₃ O ₈ ), затем превращают в газообразный гексафторид урана (UF ₆ ). Как газ, он подвергается обогащению для увеличения содержания U-235 с 0,7% до примерно 4,4% (НОУ). Затем он превращается в твердый оксид керамики (UO ₂ ) для сборки в качестве тепловыделяющих элементов.

Основным побочным продуктом обогащения является обедненный уран (DU), в основном изотоп U-238 , с содержанием U-235 ~ 0,3%. Он хранится либо как UF _6, либо как U ₃ O ₈ . Некоторые из них используются там, где их чрезвычайно высокая плотность делает их ценными, например, в противотанковых снарядах и, по крайней мере, в одном случае даже в киле парусных лодок . Он также используется с плутонием для производства смешанного оксидного топлива (МОКС) и для разбавления или разбавления высокообогащенного урана из запасов оружия, который в настоящее время перенаправляется в топливо для реакторов.

Бэк-энд

Заключительная часть ядерного топливного цикла, в основном отработанные топливные стержни , содержит продукты деления , излучающие бета- и гамма-излучение, и актиниды , излучающие альфа-частицы , такие как уран-234 (период полураспада 245 тысяч лет), нептуний-237 ( 2,144 миллиона лет), плутоний-238 (87,7 лет) и америций-241 (432 года), и даже иногда некоторые излучатели нейтронов, такие как калифорний (период полураспада 898 лет для калифорния-251). Эти изотопы образуются в ядерных реакторах .

Важно отличать переработку урана для получения топлива от переработки использованного топлива. Отработанное топливо содержит высокорадиоактивные продукты деления (см. Высокоактивные отходы ниже). Многие из них являются поглотителями нейтронов, в данном контексте называемыми нейтронными ядами . В конечном итоге они достигают уровня, на котором они поглощают столько нейтронов, что цепная реакция останавливается, даже если управляющие стержни полностью удалены. В этот момент топливо в реакторе должно быть заменено свежим топливом, хотя все еще присутствует значительное количество урана-235 и плутония . В Соединенных Штатах это использованное топливо обычно «хранится», в то время как в других странах, таких как Россия, Великобритания, Франция, Япония и Индия, топливо перерабатывается для удаления продуктов деления, а затем топливо может быть повторно переработано. -использовал. Продукты деления, удаляемые из топлива, представляют собой концентрированную форму высокоактивных отходов, как и химические вещества, используемые в процессе. В то время как большинство стран перерабатывают топливо, выполняя единичные плутониевые циклы, Индия планирует несколько схем рециркуляции плутония, а Россия придерживается замкнутого цикла.

Топливный состав и длительная радиоактивность

Активность U-233 на трех видах топлива. В случае МОКС-топлива, U-233 увеличивается в течение первых 650 тысяч лет, поскольку он образуется в результате распада Np-237, который был создан в реакторе в результате поглощения нейтронов U-235.

Суммарная активность по трем видам топлива. В области 1 наблюдается излучение короткоживущих нуклидов, в области 2 - Sr-90 и Cs-137 , а в крайнем правом углу - распад Np-237 и U-233.

Использование разных видов топлива в ядерных реакторах приводит к разному составу отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) с различными кривыми активности. Наиболее распространенным материалом является U-238 с другими изотопами урана, другими актинидами, продуктами деления и продуктами активации.

Долгоживущие радиоактивные отходы конечной стадии топливного цикла особенно важны при разработке полного плана обращения с отходами для ОЯТ. При рассмотрении долговременного радиоактивного распада актиниды в ОЯТ имеют значительное влияние из-за их характерно длинных периодов полураспада. В зависимости от того, чем заправлен ядерный реактор , состав актинидов в ОЯТ будет разным.

Примером такого эффекта является использование ядерного топлива с торием . Th-232 - это плодородный материал, который может подвергаться реакции захвата нейтронов и двум бета-минус-распадам, что приводит к образованию делящегося U-233 . ОЯТ цикла с торием будет содержать U-233. Его радиоактивный распад сильно повлияет на кривую долговременной активности ОЯТ около миллиона лет. Сравнение активности, связанной с U-233, для трех различных типов ОЯТ можно увидеть на рисунке справа вверху. Сгоревшее топливо - это торий с реакторным плутонием (RGPu), торий с оружейным плутонием (WGPu) и смешанное оксидное топливо (MOX, без тория). Для RGPu и WGPu можно увидеть начальное количество U-233 и его распад около миллиона лет. Это влияет на общую кривую активности трех видов топлива. Первоначальное отсутствие U-233 и его дочерних продуктов в МОКС-топливе приводит к более низкой активности в области 3 рисунка в правом нижнем углу, тогда как для RGPu и WGPu кривая сохраняется выше из-за присутствия U-233, который полностью не разложился. Ядерная переработка может удалить актиниды из отработавшего топлива, чтобы их можно было использовать или уничтожить (см. « Долгоживущие продукты деления» § Актиниды ).

Проблемы распространения

Поскольку уран и плутоний относятся к материалам ядерного оружия , возникают опасения по поводу распространения. Обычно (в отработавшем ядерном топливе ) плутоний является плутонием реакторного качества . Помимо плутония-239 , который хорошо подходит для создания ядерного оружия, он содержит большое количество нежелательных примесей: плутоний-240 , плутоний-241 и плутоний-238 . Эти изотопы чрезвычайно трудно разделить, и существуют более рентабельные способы получения делящегося материала (например, реакторы для обогащения урана или специальные реакторы для производства плутония).

Высокоактивные отходы содержат высокорадиоактивные продукты деления , большинство из которых относительно недолговечны. Это вызывает беспокойство, поскольку, если отходы хранятся, возможно, в глубоком геологическом хранилище , в течение многих лет продукты деления распадаются, снижая радиоактивность отходов и облегчая доступ к плутонию. Нежелательное загрязнение Pu-240 распадается быстрее, чем Pu-239, и, таким образом, качество материала бомбы со временем увеличивается (хотя его количество за это время также уменьшается). Таким образом, некоторые утверждали, что со временем эти глубокие хранилища потенциально могут превратиться в «плутониевые рудники», из которых материалы для ядерного оружия могут быть получены с относительно небольшими трудностями. Критики последней идеи указали, что сложность извлечения полезного материала из закрытых глубоких хранилищ делает другие методы предпочтительными. В частности, высокая радиоактивность и высокая температура (80 ° C в окружающей горной породе) значительно усложняют разработку зоны хранения, а требуемые методы обогащения имеют высокие капитальные затраты.

Pu-239 распадается до U-235, который подходит для оружия и имеет очень длительный период полураспада (примерно 10 ⁹ лет). Таким образом, плутоний может распадаться и оставлять уран-235. Однако современные реакторы лишь умеренно обогащены U-235 по сравнению с U-238, поэтому U-238 продолжает служить агентом денатурации для любого U-235, образующегося при распаде плутония.

Одно из решений этой проблемы - переработать плутоний и использовать его в качестве топлива, например, в быстрых реакторах . В пирометаллургических реакторах на быстрых нейтронах выделенные плутоний и уран загрязнены актинидами и не могут быть использованы в ядерном оружии.

Вывод из эксплуатации ядерного оружия

Отходы от вывода из эксплуатации ядерного оружия вряд ли будут содержать много бета- или гамма-активности, кроме трития и америция . Более вероятно, что он будет содержать альфа-излучающие актиниды, такие как Pu-239, который представляет собой делящийся материал, используемый в бомбах, а также некоторые материалы с гораздо более высокой удельной активностью, такие как Pu-238 или Po.

В прошлом нейтронным триггером для атомной бомбы, как правило, были бериллий и высокоактивный альфа-излучатель, такой как полоний ; альтернативой полонию является Pu-238 . По соображениям национальной безопасности подробности конструкции современных бомб обычно не раскрываются в открытой литературе.

Некоторые конструкции могут содержать радиоизотопный термоэлектрический генератор, использующий Pu-238, чтобы обеспечить длительный источник электроэнергии для электроники в устройстве.

Вероятно, что делящийся материал старой бомбы, которая должна быть переоборудована, будет содержать продукты распада изотопов плутония, используемых в ней, они, вероятно, будут включать U-236 из примесей Pu-240, плюс некоторое количество U-235 от распада Pu-239; из-за относительно длительного периода полураспада этих изотопов Pu эти отходы от радиоактивного распада материала активной зоны бомбы будут очень небольшими и в любом случае гораздо менее опасными (даже с точки зрения простой радиоактивности), чем сам Pu-239.

В результате бета-распада Pu-241 образуется Am-241 ; Рост америция, вероятно, будет более серьезной проблемой, чем распад Pu-239 и Pu-240, поскольку америций является гамма-излучателем (увеличивая внешнее воздействие на рабочих) и является альфа-излучателем, который может вызвать образование тепло . Плутоний можно отделить от америция с помощью нескольких различных процессов; они могут включать пирохимические процессы и экстракцию водным / органическим растворителем . Процесс экстракции усеченного типа PUREX может быть одним из возможных методов разделения. Встречающийся в природе уран не расщепляется, потому что он содержит 99,3% U-238 и только 0,7% U-235.

Унаследованные отходы

Из-за исторической деятельности, обычно связанной с радиевой промышленностью, добычей урана и военными программами, многие объекты содержат или загрязнены радиоактивностью. В одних только Соединенных Штатах министерство энергетики заявляет, что существуют «миллионы галлонов радиоактивных отходов», а также «тысячи тонн отработанного ядерного топлива и материалов», а также «огромное количество загрязненной почвы и воды». Несмотря на обильное количество отходов, Министерство энергетики поставило цель успешно очистить все загрязненные в настоящее время участки к 2025 году. Например, на участке в Ферналде , штат Огайо, было «31 миллион фунтов уранового продукта», «2,5 миллиарда фунтов отходов», «2,75 миллиона. кубических ярдов загрязненной почвы и мусора », и« на участке площадью 223 акра нижележащего водоносного горизонта Большого Майами уровень урана превышал стандарты для питья ». В Соединенных Штатах есть по крайней мере 108 участков, обозначенных как загрязненные и непригодные для использования, иногда многие тысячи акров. Министерство энергетики желает очистить или смягчить многие или все воздействия к 2025 году, используя недавно разработанный метод геомелирования , однако задача может быть сложной и признает, что некоторые из них, возможно, никогда не будут полностью устранены. Только в одном из этих 108 крупных объектов, Национальной лаборатории Ок-Ридж , было, например, по крайней мере «167 известных участков выброса загрязняющих веществ» в одном из трех подразделений участка площадью 37 000 акров (150 км ² ). Некоторые из сайтов в США были меньше по размеру, однако проблемы с очисткой было проще решать, и Министерство энергетики успешно завершило очистку или, по крайней мере, закрытие нескольких сайтов.

Медицина

Радиоактивные медицинские отходы обычно содержат излучатели бета-частиц и гамма-излучения . Его можно разделить на два основных класса. В диагностической ядерной медицине используется ряд короткоживущих гамма-излучателей, таких как технеций-99m . Многие из них можно утилизировать, оставив на короткое время разложиться перед утилизацией как обычные отходы. Другие изотопы, используемые в медицине, с периодом полураспада в скобках, включают:

• Y-90 , применяется для лечения лимфомы (2,7 дня)
• I-131 , используемый для тестов функции щитовидной железы и для лечения рака щитовидной железы (8,0 дней)
• Sr-89 , применяемый для лечения рака костей , внутривенная инъекция (52 дня)
• Ir-192 , используемый для брахитерапии (74 дня)
• Co-60 , используемый для брахитерапии и внешней лучевой терапии (5,3 года)
• Cs-137 , используемый для брахитерапии и внешней лучевой терапии (30 лет)

Промышленность

Отходы промышленных источников могут содержать альфа- , бета- , нейтронные или гамма-излучатели. Гамма-излучатели используются в радиографии, в то время как источники нейтронного излучения используются в ряде приложений, таких как каротаж нефтяных скважин.

Радиоактивный материал природного происхождения

Ежегодный выброс радиоизотопов урана и тория при сжигании угля, по прогнозам ORNL, в совокупности составит 2,9 Мт за период 1937–2040 годов в результате сжигания примерно 637 Гт угля во всем мире.

Вещества, содержащие естественную радиоактивность, известны как NORM (радиоактивный материал природного происхождения). После обработки человеком, который обнажает или концентрирует эту естественную радиоактивность (например, добыча угля, выносящая на поверхность уголь или сжигание его для получения концентрированного пепла), он становится технологически усовершенствованным естественным радиоактивным материалом (TENORM). Многие из этих отходов представляют собой испускающие альфа-частицы вещества из цепочек распада урана и тория . Основным источником радиации в организме человека является калий -40 ( ⁴⁰ К ), обычно 17 миллиграммов в теле за один раз и 0,4 миллиграмма в день. Большинство горных пород, особенно гранит , имеют низкий уровень радиоактивности из-за содержащихся в них калия-40, тория и урана.

Обычно в пределах от 1 миллизиверта (мЗв) до 13 мЗв в год в зависимости от местоположения, среднее радиационное облучение от естественных радиоизотопов составляет 2,0 мЗв на человека в год во всем мире. Это составляет большую часть типичной общей дозировки (при этом среднегодовое облучение от других источников составляет 0,6 мЗв по результатам медицинских испытаний, усредненных по всему населению, 0,4 мЗв от космических лучей , 0,005 мЗв от наследия прошлых ядерных испытаний в атмосфере, 0,005 мЗв в результате профессиональных испытаний. (0,002 мЗв от чернобыльской катастрофы и 0,0002 мЗв от ядерного топливного цикла).

TENORM не регулируется так строго, как отходы ядерных реакторов, хотя нет значительных различий в радиологических рисках этих материалов.

Каменный уголь

Уголь содержит небольшое количество радиоактивного урана, бария, тория и калия, но в случае чистого угля это значительно меньше средней концентрации этих элементов в земной коре . Окружающие пласты, будь то сланцы или аргиллиты, часто содержат немного больше среднего, и это также может отражаться на зольности «грязных» углей. Более активные минералы золы концентрируются в летучей золе именно потому, что они плохо горят. Радиоактивность летучей золы примерно такая же, как у черных сланцев, и меньше, чем у фосфатных пород, но вызывает большее беспокойство, потому что небольшое количество летучей золы попадает в атмосферу, где ее можно вдыхать. Согласно отчетам Национального совета США по радиационной защите и измерениям (NCRP), облучение населения от электростанций мощностью 1000 МВт составляет 490 человеко-бэр / год для угольных электростанций, что в 100 раз больше, чем на атомных электростанциях (4,8 человеко-бэр / год). год). Воздействие полного ядерного топливного цикла от добычи полезных ископаемых до захоронения отходов составляет 136 человеко-бэр / год; соответствующая стоимость использования угля от добычи до захоронения отходов «вероятно неизвестна».

Нефти и газа

Остатки нефтегазовой промышленности часто содержат радий и продукты его распада. Сульфатная накипь из нефтяной скважины может быть очень богата радием, в то время как вода, нефть и газ из скважины часто содержат радон . Радон распадается с образованием твердых радиоизотопов, которые образуют покрытия внутри трубопроводов. На нефтеперерабатывающем заводе участок завода, на котором перерабатывается пропан , часто является одним из наиболее загрязненных участков завода, поскольку температура кипения радона аналогична точке кипения пропана.

Радиоактивные элементы представляют собой промышленную проблему в некоторых нефтяных скважинах, где рабочие, работающие в прямом контакте с сырой нефтью и рассолом, могут фактически подвергаться дозам, негативно влияющим на здоровье. Из-за относительно высокой концентрации этих элементов в рассоле их утилизация также является технологической проблемой. Однако в Соединенных Штатах на рассол не распространяется действие правил обращения с опасными отходами, и с 1980-х годов его можно утилизировать независимо от содержания радиоактивных или токсичных веществ.

Добыча редкоземельных элементов

Из-за естественного присутствия радиоактивных элементов, таких как торий и радий, в редкоземельных рудах , горные работы также приводят к образованию отходов и месторождений полезных ископаемых, которые являются слаборадиоактивными.

Классификация

Классификация радиоактивных отходов различается в зависимости от страны. МАГАТЭ, которое публикует Нормы безопасности радиоактивных отходов (RADWASS), также играет важную роль. Доля различных видов отходов, образующихся в Великобритании:

• 94% - низкоактивные отходы (НАО)
• ~ 6% - среднеактивные отходы (САО)
• <1% - высокоактивные отходы (ВАО)

Хвосты мельницы

Удаление очень низкоактивных отходов

Урановые хвостохранилища являются отходы побочных продуктов материалы , оставшиеся от грубой обработки урана водоносного руды . Они не обладают значительной радиоактивностью. Хвосты заводов иногда называют отходами 11 (e) 2 из раздела Закона об атомной энергии 1946 года, в котором они определены. Хвосты урановых заводов обычно также содержат химически опасные тяжелые металлы, такие как свинец и мышьяк . Огромные холмы хвостов урановых заводов остались на многих старых горнодобывающих предприятиях, особенно в Колорадо , Нью-Мексико и Юте .

Хотя хвосты заводов не очень радиоактивны, они имеют длительный период полураспада. Хвосты заводов часто содержат радий, торий и следовые количества урана.

Низкоактивные отходы

Низкоактивные отходы (НАО) образуются в больницах и промышленности, а также в ядерном топливном цикле . К низкоактивным отходам относятся бумага, тряпки, инструменты, одежда, фильтры и другие материалы, которые содержат небольшие количества, в основном, короткоживущей радиоактивности. Материалы, происходящие из любого района активной зоны, обычно обозначаются как НАО в качестве меры предосторожности, даже если существует лишь отдаленная возможность загрязнения радиоактивными материалами. Такие НАО обычно обладают не более высокой радиоактивностью, чем можно было бы ожидать от того же материала, захороненного в неактивной зоне, такой как обычный офисный блок. Примеры НАО включают тряпки для протирки, швабры, медицинские трубки, туши лабораторных животных и многое другое. Отходы НАО составляют 94% всех радиоактивных отходов в Великобритании.

Некоторые высокоактивные НАО требуют экранирования при обращении и транспортировке, но большинство НАО подходят для захоронения на мелководье. Чтобы уменьшить объем, перед утилизацией его часто уплотняют или сжигают. Низкоактивные отходы делятся на четыре класса: класс A , класс B , класс C и более высокий, чем класс C ( GTCC ).

Среднеактивные отходы

Отработанные топливные Колбы транспортируются по железной дороге в Соединенном Королевстве. Каждая опока изготовлена ​​из твердой стали толщиной 14 дюймов (360 мм) и весит более 50 тонн.

Отходы среднего уровня активности (САО) содержат большее количество радиоактивности по сравнению с отходами с низким уровнем активности. Обычно требуется экранирование, но не охлаждение. К отходам среднего уровня относятся смолы , химический шлам и металлическая оболочка ядерного топлива , а также загрязненные материалы, полученные при снятии реактора с эксплуатации . Он может быть отвержден в бетоне или битуме или смешан с кварцевым песком и остеклован для утилизации. Как правило, короткоживущие отходы (в основном нетопливные материалы реакторов) захораниваются в неглубоких хранилищах, а долгоживущие отходы (от топлива и его переработки ) размещаются в геологических хранилищах . Правила в Соединенных Штатах не определяют эту категорию отходов; этот термин используется в Европе и других странах. САО составляют около 6% от общего объема радиоактивных отходов в Великобритании.

Высокоактивные отходы

Высокоактивные отходы (ВАО) образуются в ядерных реакторах и при переработке ядерного топлива. Точное определение ВАО различается в разных странах. После того, как ядерный топливный стержень отработал один топливный цикл и был удален из активной зоны, он считается ВАО. Отработанные тепловыделяющие элементы содержат в основном уран с продуктами деления и трансурановыми элементами, образующимися в активной зоне реактора . Отработавшее топливо очень радиоактивно и часто бывает горячим. На ВАО приходится более 95% общей радиоактивности, образующейся в процессе производства электроэнергии на атомных станциях, но они составляют менее 1% от объема всех радиоактивных отходов, образующихся в Великобритании. В целом в результате 60-летней ядерной программы в Великобритании до 2019 года было произведено 2150 м ³ ВАО.

Радиоактивные отходы отработавших топливных стержней в основном состоят из цезия-137 и стронция-90, но они также могут включать плутоний, который можно рассматривать как трансурановые отходы. Периоды полураспада этих радиоактивных элементов могут сильно различаться. Некоторые элементы, такие как цезий-137 и стронций-90, имеют период полураспада примерно 30 лет. Между тем, плутоний имеет период полураспада, который может достигать 24000 лет.

Количество ВАО в мире ежегодно увеличивается примерно на 12 000 тонн . Атомная электростанция мощностью 1000 мегаватт ежегодно производит около 27 т отработавшего ядерного топлива (необработанного). Для сравнения, количество золы, производимой угольными электростанциями только в Соединенных Штатах, оценивается в 130 000 000 т в год, а летучая зола, по оценкам, выделяет в 100 раз больше радиации, чем эквивалентная атомная электростанция.

Текущие местоположения в США, где хранятся ядерные отходы

По оценкам, в 2010 году во всем мире хранилось около 250 000 т ядерных ВАО. Сюда не входят количества, которые попали в окружающую среду в результате аварий или испытаний. По оценкам, в 2015 году в Японии будет храниться 17 000 т ВАО. По состоянию на 2019 год в США имеется более 90 000 т ВАО. ВАО отправлялись в другие страны для хранения или переработки и, в некоторых случаях, отправлялись обратно в качестве активного топлива.

Продолжающиеся споры по поводу захоронения высокоактивных радиоактивных отходов являются основным препятствием для глобального расширения ядерной энергетики. Большинство ученых согласны с тем, что основным предлагаемым долгосрочным решением является глубокое геологическое захоронение в шахте или в глубокой скважине. По состоянию на 2019 год специализированных гражданских высокоактивных ядерных отходов не существует, поскольку небольшие количества ВАО ранее не оправдали вложенных средств. Финляндия находится на завершающей стадии строительства хранилища отработавшего ядерного топлива Онкало , которое планируется открыть в 2025 году на глубине 400–450 метров. Франция находится на этапе планирования строительства завода Cigeo глубиной 500 м в Буре. Швеция планирует строительство в Форсмарке . Канада планирует строительство объекта глубиной 680 м возле озера Гурон в Онтарио. Республика Корея планирует открыть сайт примерно в 2028 году. По состоянию на 2020 год сайт в Швеции пользуется поддержкой 80% местных жителей.

Моррис Операция в Гранди, штат Иллинойс , в настоящее время только де - факто высокого уровня радиоактивных отходов место хранения в Соединенных Штатах.

Трансурановые отходы

Трансурановые отходы (TRUW), как определено в нормативных актах США, независимо от формы или происхождения, загрязнены альфа- излучающими трансурановыми радионуклидами с периодом полураспада более 20 лет и концентрациями более 100  нКи / г (3,7  МБк / кг). ), за исключением высокоактивных отходов. Элементы с атомным номером больше, чем уран, называются трансурановыми («за пределами урана»). Из-за длительного периода полураспада TRUW утилизируют более осторожно, чем отходы с низким или средним уровнем активности. В Соединенных Штатах он возникает в основном в результате производства ядерного оружия и состоит из одежды, инструментов, тряпок, остатков, мусора и других предметов, загрязненных небольшими количествами радиоактивных элементов (в основном плутонием ).

В соответствии с законодательством США трансурановые отходы далее подразделяются на «контактные» (CH) и «удаленные» (RH) на основе мощности дозы излучения, измеренной на поверхности контейнера для отходов. CH TRUW имеет мощность дозы на поверхности не более 200 мбэр в час (2 мЗв / час), тогда как RH TRUW имеет мощность дозы на поверхности 200 мбэр / час (2 мЗв / час) или больше. CH TRUW не обладает очень высокой радиоактивностью высокоактивных отходов и высоким тепловыделением, но RH TRUW может быть высокорадиоактивным с мощностью дозы на поверхности до 1 000 000 мбэр / ч (10 000 мЗв / ч). В настоящее время Соединенные Штаты утилизируют TRUW, образующийся на военных объектах на экспериментальной установке по изоляции отходов (WIPP) в глубоком соляном пласте в Нью-Мексико .

Профилактика

Одним из способов сокращения накопления отходов в будущем является отказ от существующих реакторов в пользу реакторов поколения IV , которые производят меньше отходов в расчете на выработанную мощность. Реакторы на быстрых нейтронах, такие как БН-800 в России, также могут потреблять МОКС-топливо , которое производится из переработанного отработавшего топлива традиционных реакторов.

Управление по снятию с эксплуатации ядерных установок Великобритании опубликовало в 2014 году документ с изложением позиции о прогрессе в подходах к обращению с выделенным плутонием, в котором резюмируются выводы работы, которую NDA поделила с правительством Великобритании.

Управление

Современный средний и высокий транспортный контейнер для ядерных отходов

Особую озабоченность при обращении с ядерными отходами вызывают два долгоживущих продукта деления, Tc-99 (период полураспада 220 000 лет) и I-129 (период полураспада 15,7 миллиона лет), которые доминируют над радиоактивностью отработавшего топлива через несколько тысяч лет. Наиболее опасными трансурановыми элементами в отработавшем топливе являются Np-237 (период полураспада два миллиона лет) и Pu-239 (период полураспада 24000 лет). Ядерные отходы требуют сложной обработки и управления, чтобы успешно изолировать их от взаимодействия с биосферой . Обычно это требует обработки, за которой следует долгосрочная стратегия управления, включающая хранение, утилизацию или преобразование отходов в нетоксичную форму. Правительства во всем мире рассматривают ряд вариантов обращения с отходами и их удаления, хотя прогресс в отношении долгосрочных решений по обращению с отходами был ограниченным.

ONKALO является плановым глубокое геологическое хранилище для окончательного захоронения отработавшего ядерного топлива вблизи Олкилуото АЭС в Eurajoki , на западном побережье Финляндии . Фотография пилотной пещеры на последней глубине в Онкало.

Во второй половине 20 века ядерными державами были исследованы несколько методов утилизации радиоактивных отходов, а именно:

• «Долговременное наземное хранение», не реализовано.
• «Вывоз в космическое пространство» (например, внутри Солнца) не реализован - в настоящее время это было бы слишком дорого.
• « Глубокое захоронение скважин », не реализовано.
• «Плавка горных пород», не реализовано.
• «Размещение в зонах субдукции», не реализовано.
• Удаление в океан - СССР, Великобритания, Швейцария, США, Бельгия, Франция, Нидерланды, Япония, Швеция, Россия, Германия, Италия и Южная Корея (1954–1993). Это больше не разрешено международными соглашениями.
• « Подморское захоронение », не осуществляется, не разрешено международными соглашениями.
• «Сброс в ледяные щиты», отклонено Договором об Антарктике.
• «Прямой впрыск», СССР и США.
• Ядерная трансмутация с использованием лазеров, вызывающих бета-распад, для преобразования нестабильных атомов в атомы с более коротким периодом полураспада.

В Соединенных Штатах политика обращения с отходами полностью рухнула с прекращением работ над незавершенным хранилищем Yucca Mountain Repository . В настоящее время существует 70 площадок АЭС, где хранится отработавшее топливо . Президент Обама назначил Комиссию Голубой Ленты, чтобы изучить будущие варианты для этого и будущих отходов. Глубокое геологическое хранилище , как представляется, выступает. 2018 Нобелевская премия по физике -winner Жерара Мура предложила использовать ЛЧЙ - импульс усиление для генерирования высокой энергии и низкой длительность лазерного импульса трансмутировать высоко радиоактивный материал (содержащийся в мишени) , чтобы значительно уменьшить его период полураспада, от тысяч лет всего несколько минут.

Первоначальное лечение

Витрификация

Завод по стеклованию отходов в Селлафилде

Долгосрочное хранение радиоактивных отходов требует стабилизации отходов в форме, которая не будет ни реагировать, ни разлагаться в течение длительных периодов времени. Предполагается, что одним из способов сделать это может быть витрификация . В настоящее время на Селлафилда отходах высокого уровня ( PUREX первый цикл рафината ) смешивают с сахаром и затем прокаливают. Прокаливание включает пропускание отходов через нагретую вращающуюся трубку. Цели прокаливания заключаются в испарении воды из отходов и денитрате продуктов деления, чтобы способствовать стабильности производимого стекла.

Образующийся «кальцин» непрерывно подается в печь с индукционным нагревом с фрагментированным стеклом . Получающееся в результате стекло представляет собой новое вещество, в котором отходы связаны со стеклянной матрицей, когда она затвердевает. В виде расплава этот продукт периодически разливают в цилиндрические контейнеры из нержавеющей стали («цилиндры»). При охлаждении жидкость затвердевает («застывает») в стекле. После формования стекло обладает высокой водостойкостью.

После заполнения баллона на головку блока цилиндров приваривается уплотнитель . Затем цилиндр промывают. После проверки на внешнее загрязнение стальной цилиндр хранится, как правило, в подземном хранилище. Ожидается, что в этой форме отходы будут иммобилизованы на тысячи лет.

Стекло внутри цилиндра обычно представляет собой черное глянцевое вещество. Вся эта работа (в Соединенном Королевстве) выполняется с использованием систем горячих камер . Сахар добавляется, чтобы контролировать химический состав рутения и остановить образование летучего RuO _4, содержащего радиоактивные изотопы рутения . На Западе стекло обычно представляет собой боросиликатное стекло (подобное Pyrex ), в то время как в бывшем Советском Союзе нормальным является использование фосфатного стекла . Количество продуктов деления в стекле должно быть ограничено, поскольку некоторые из них ( палладий , другие металлы группы Pt и теллур ) имеют тенденцию к образованию металлических фаз, которые отделяются от стекла. При стекловании в объеме используются электроды для плавления почвы и отходов, которые затем закапываются под землю. В Германии используется стеклование; это обработка отходов небольшого демонстрационного завода по переработке, который с тех пор был закрыт.

Фосфатная керамика

Стеклование - не единственный способ придать отходам форму, которая не будет реагировать или разлагаться в течение длительного времени. Также используется иммобилизация путем прямого включения в кристаллическую керамическую основу на основе фосфата. Разнообразный химический состав фосфатной керамики в различных условиях демонстрирует универсальный материал, который может противостоять химическому, термическому и радиоактивному разрушению с течением времени. Свойства фосфатов, особенно керамических фосфатов, такие как стабильность в широком диапазоне pH, низкая пористость и минимизация вторичных отходов, открывают возможности для новых методов иммобилизации отходов.

Ионный обмен

Обычно отходы со средней активностью в ядерной промышленности обрабатываются ионным обменом или другими средствами для концентрации радиоактивности в небольшом объеме. Гораздо менее радиоактивная масса (после обработки) часто затем сбрасывается. Например, можно использовать хлопья гидроксида трехвалентного железа для удаления радиоактивных металлов из водных смесей. После того, как радиоизотопы абсорбируются на гидроксиде трехвалентного железа, полученный отстой может быть помещен в металлический барабан перед смешиванием с цементом с образованием твердой формы отходов. Чтобы получить лучшие долговременные характеристики (механическую стабильность) таких форм, они могут быть изготовлены из смеси летучей золы или доменного шлака и портландцемента вместо обычного бетона (сделанного из портландцемента, гравия и песка. ).

Synroc

Австралийский Synroc (синтетическая порода) представляет собой более сложный способ иммобилизации таких отходов, и этот процесс может в конечном итоге найти коммерческое использование для отходов гражданского назначения (в настоящее время он разрабатывается для отходов военного назначения США). Synroc был изобретен профессором Тедом Рингвудом ( геохимиком ) из Австралийского национального университета . Synroc содержит минералы типа пирохлора и криптомелана. Первоначальная форма Synroc (Synroc C) была разработана для жидких высокоактивных отходов (рафинат PUREX) из легководного реактора . Основными минералами в этом Synroc являются голландит (BaAl ₂ Ti ₆ O ₁₆ ), цирконолит (CaZrTi ₂ O ₇ ) и перовскит (CaTiO ₃ ). Цирконолит и перовскит являются хозяевами актинидов . Стронций и барий будут зафиксированы в перовските. Цезий будет зафиксирован в голландите. В 2018 году на предприятии ANSTO началось строительство мусороперерабатывающего комплекса Synroc.

Долгосрочное управление

Рассматриваемые временные рамки при обращении с радиоактивными отходами составляют от 10 000 до 1 000 000 лет, согласно исследованиям, основанным на влиянии расчетных доз радиации. Исследователи предлагают критически пересмотреть прогнозы вреда для здоровья в такие периоды. Практические исследования рассматривают только период до 100 лет с точки зрения эффективного планирования и оценки затрат. Долгосрочное поведение радиоактивных отходов остается предметом текущих исследовательских проектов в области геолого-прогнозирования .

Исправление

Селективность водорослей в отношении стронция продемонстрирована в исследованиях, где большинство растений, используемых для биоремедиации , не показали селективности между кальцием и стронцием, часто насыщаясь кальцием, который в больших количествах присутствует в ядерных отходах. Стронций-90 с периодом полураспада около 30 лет классифицируется как высокоактивные отходы.

Исследователи изучили биоаккумуляцию стронция Scenedesmus spinosus ( водоросли ) в смоделированных сточных водах. В исследовании утверждается, что стронций S. spinosus обладает высокой избирательной способностью к биосорбции, что позволяет предположить, что он может быть пригоден для использования с ядерными сточными водами. Исследование водоросли Closterium moniliferum в прудах с использованием нерадиоактивного стронция показало, что изменение отношения бария к стронцию в воде улучшает селективность по стронцию.

Надземная утилизация

Хранение в сухих контейнерах обычно включает сбор отходов из бассейна для отработавшего топлива и их герметизацию (вместе с инертным газом ) в стальном баллоне, который помещается в бетонный баллон, который действует как радиационная защита. Это относительно недорогой метод, который может быть реализован на центральном предприятии или рядом с реактором-источником. Отходы можно легко вернуть на переработку.

Геологическое захоронение

Схема подземного захоронения низкоактивных радиоактивных отходов

14 февраля 2014 года радиоактивные материалы на опытном заводе по изоляции отходов просочились из поврежденного резервуара для хранения из-за использования неподходящего упаковочного материала. Анализ показал отсутствие «культуры безопасности» на станции, поскольку ее успешная 15-летняя работа вызывала самоуспокоенность.

В настоящее время в нескольких странах идет процесс выбора подходящих глубоких окончательных хранилищ для высокоактивных отходов и отработавшего топлива, первый из которых, как ожидается, будет введен в эксплуатацию где-то после 2010 года. Основная концепция заключается в том, чтобы найти крупную стабильную геологическую формацию и использовать горные технологии для копать туннель или бурильные машины с большим отверстием (аналогичные тем, которые используются для бурения туннеля под Ла-Маншем из Англии во Францию), чтобы пробурить ствол на глубине от 500 метров (1600 футов) до 1000 метров (3300 футов) ниже поверхности, где находятся комнаты или своды могут проводиться раскопки для захоронения высокоактивных радиоактивных отходов. Цель состоит в том, чтобы навсегда изолировать ядерные отходы от окружающей человека среды. Многих по-прежнему не устраивает немедленное прекращение управления этой системой утилизации, предполагая, что постоянное управление и мониторинг были бы более разумными.

Поскольку период полураспада некоторых радиоактивных веществ превышает один миллион лет, необходимо принимать во внимание даже очень низкие скорости утечки из контейнеров и миграции радионуклидов. Более того, может потребоваться более одного периода полураспада, пока некоторые ядерные материалы не потеряют достаточно радиоактивности, чтобы перестать быть смертельным для живых существ. Обзор шведской программы захоронения радиоактивных отходов, проведенный Национальной академией наук в 1983 году, показал, что оценка этой страны в несколько сотен тысяч лет - возможно, до одного миллиона лет - необходимых для изоляции отходов «полностью оправдана».

Удаление радиоактивных отходов на дно океана было предложено на основании данных о содержании кислорода, зарегистрированных за 25 лет, о том, что глубокие воды в северной части Атлантического океана не имеют обмена с мелководьем в течение примерно 140 лет. Они включают захоронение под устойчивой абиссальной равниной , захоронение в зоне субдукции, которая будет медленно переносить отходы вниз в мантию Земли , и захоронение под удаленным естественным или искусственным островом. Хотя все эти подходы имеют свои достоинства и будут способствовать международному решению проблемы захоронения радиоактивных отходов, они потребуют внесения поправки в Морское право .

Статья 1 (Определения), 7. Протокола 1996 года к Конвенции о предотвращении загрязнения моря сбросами отходов и других материалов (Лондонская конвенция о сбросах) гласит:

«« Море »означает все морские воды, кроме внутренних вод государств, а также морское дно и его недра; оно не включает хранилища под морским дном, доступ к которым осуществляется только с суши».

Предлагаемый наземный метод субдуктивного захоронения отходов позволяет утилизировать ядерные отходы в зоне субдукции, доступной с суши, и, следовательно, не запрещен международным соглашением. Этот метод был охарактеризован как наиболее эффективный способ удаления радиоактивных отходов, а также как самый современный с 2001 года в технологии удаления ядерных отходов. Другой подход, получивший название Remix & Return, предполагает смешивание высокоактивных отходов с урановыми рудниками и хвостами обогащения до уровня исходной радиоактивности урановой руды , а затем их замену в неактивных урановых рудниках. Этот подход имеет достоинства обеспечения рабочих мест для горняков, которые будут выполнять функции персонала по утилизации, и облегчения цикла обращения с радиоактивными материалами от колыбели до могилы, но он не подходит для отработавшего реакторного топлива в отсутствие переработки из-за наличия внутри него высокотоксичные радиоактивные элементы, такие как плутоний.

Захоронение в глубоких скважинах - это концепция захоронения высокоактивных радиоактивных отходов ядерных реакторов в чрезвычайно глубоких скважинах. Глубокое захоронение скважин направлено на размещение отходов на глубине до 5 километров (3,1 мили) под поверхностью Земли и в первую очередь зависит от огромного естественного геологического барьера, который надежно и надолго удерживает отходы, чтобы они никогда не представляли угрозы для окружающей среды. . Земная кора содержит 120 триллионов тонн тория и 40 триллионов тонн урана (в основном при относительно следовых концентрациях частей на миллион, каждая из которых в сумме превышает массу коры 3 × 10 ¹⁹ тонн), среди других природных радиоизотопов. Поскольку доля нуклидов, распадающихся за единицу времени, обратно пропорциональна периоду полураспада изотопа, относительная радиоактивность меньшего количества радиоизотопов, произведенных человеком (тысячи тонн вместо триллионов тонн), уменьшится, когда изотопы с гораздо более короткими период полураспада, чем распалась основная масса естественных радиоизотопов.

В январе 2013 года совет графства Камбрия отклонил предложения центрального правительства Великобритании начать работы по строительству подземного хранилища ядерных отходов недалеко от национального парка Лейк-Дистрикт . «Для любого принимающего сообщества будет существовать значительный пакет социальных льгот на сумму в сотни миллионов фунтов стерлингов», - сказал Эд Дэйви, министр энергетики, но, тем не менее, местный выборный орган проголосовал 7–3 против продолжения исследований после того, как заслушал свидетельства независимых геологов. что «раздробленным слоям округа нельзя было доверить столь опасный материал и опасность, длящуюся тысячелетия».

Утилизация горизонтальных скважин описывает предложения по бурению более одного километра по вертикали и двух километров по горизонтали в земной коре с целью захоронения высокоактивных форм отходов, таких как отработанное ядерное топливо , цезий-137 или стронций-90 . После установки и периода извлечения буровые скважины будут засыпаны и заделаны. Серия испытаний технологии была проведена в ноябре 2018 года, а затем снова публично в январе 2019 года частной компанией из США. Испытание продемонстрировало установку испытательного контейнера в горизонтальную буровую скважину и извлечение такого же контейнера. В этом тесте не использовались действительно высокоактивные отходы.

В отчете Объединенного исследовательского центра Европейской комиссии за 2021 год (см. Выше) делается вывод:

Обращение с радиоактивными отходами и их безопасное и надежное захоронение является необходимым этапом в жизненном цикле всех приложений ядерной науки и технологий (ядерная энергия, исследования, промышленность, образование, медицина и другие). Таким образом, радиоактивные отходы образуются практически в каждой стране, причем наибольший вклад вносит жизненный цикл ядерной энергетики в странах, где эксплуатируются атомные электростанции. В настоящее время существует широкий научный и технический консенсус в отношении того, что захоронение высокоактивных и долгоживущих радиоактивных отходов в глубоких геологических формациях, на уровне сегодняшних знаний, считается подходящим и безопасным средством изоляции их от биосферы на очень долгое время. шкалы времени.

Трансмутация

Были предложения по реакторам, которые потребляют ядерные отходы и превращают их в другие, менее вредные или более короткоживущие ядерные отходы. В частности, интегральный быстрый реактор был предложенным ядерным реактором с ядерным топливным циклом, который не производил трансурановых отходов и фактически мог потреблять трансурановые отходы. Он дошел до масштабных испытаний, но в конечном итоге был отменен правительством США. Другой подход, который считается более безопасным, но требует дальнейшего развития, заключается в выделении подкритических реакторов для трансмутации оставшихся трансурановых элементов.

Изотоп, содержащийся в ядерных отходах и вызывающий озабоченность с точки зрения распространения, - это Pu-239. Большой запас плутония является результатом его производства в реакторах, работающих на урановом топливе, и переработки оружейного плутония во время программы создания оружия. Вариант избавления от этого плутония - использование его в качестве топлива в традиционном легководном реакторе (LWR). Изучаются несколько типов топлива с разной эффективностью разрушения плутония.

Трансмутация была запрещена в Соединенных Штатах в апреле 1977 года президентом Картером из-за опасности распространения плутония, но президент Рейган отменил запрет в 1981 году. Из-за экономических потерь и рисков строительство перерабатывающих заводов в это время не было возобновлено. Из-за высокого спроса на энергию работа над этим методом продолжалась в ЕС . Это привело к созданию практического ядерного исследовательского реактора под названием Мирра, в котором возможна трансмутация. Кроме того, в ЕС была запущена новая исследовательская программа под названием ACTINET, чтобы сделать трансмутацию возможной в крупных промышленных масштабах. Согласно Глобальному ядерно-энергетическому партнерству (GNEP) президента Буша от 2007 года, Соединенные Штаты активно продвигают исследования технологий трансмутации, необходимых для значительного уменьшения проблемы обращения с ядерными отходами.

Также проводились теоретические исследования, связанные с использованием термоядерных реакторов в качестве так называемых «актинидных горелок», где плазма термоядерного реактора, такая как в токамаке , могла быть «легирована» небольшим количеством «второстепенных» трансурановых атомов, которые могли бы быть трансмутировались (что означает расщепление в случае актинидов) в более легкие элементы при их последовательной бомбардировке нейтронами очень высокой энергии, образующимися в результате слияния дейтерия и трития в реакторе. Исследование, проведенное в Массачусетском технологическом институте, показало, что только 2 или 3 термоядерных реактора с параметрами, аналогичными параметрам Международного термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР), могут преобразовать все годовое производство второстепенных актинидов из всех легководных реакторов, работающих в настоящее время в парке Соединенных Штатов, в то время как одновременно вырабатывая примерно 1 гигаватт мощности от каждого реактора.

Повторное использование

Отработавшее ядерное топливо содержит большое количество плодородного урана и следы делящихся материалов. Такие методы, как процесс PUREX, могут использоваться для удаления полезных актинидов для производства активного ядерного топлива.

Другой вариант - найти применение изотопам в ядерных отходах с целью их повторного использования . Уже цезий-137 , стронций-90 и несколько других изотопов извлечены для некоторых промышленных применений , таких как облучение пищевых продуктов и радиоизотопных термоэлектрических генераторов . Хотя повторное использование не устраняет необходимости обращения с радиоизотопами, оно может уменьшить количество образующихся отходов.

Способ добычи углеводородов с помощью ядерных реакторов, заявка на патент Канады 2 659 302, представляет собой метод временного или постоянного хранения ядерных отходов, включающий размещение отходов в одном или нескольких хранилищах или скважинах, сооруженных в нетрадиционной нефтяной формации. Тепловой поток отходов материалов разрушает пласт и изменяет химические и / или физические свойства углеводородного материала внутри подземного пласта, что позволяет удалить измененный материал. Смесь углеводородов, водорода и / или других пластовых флюидов добывается из пласта. Радиоактивность высокоактивных радиоактивных отходов обеспечивает устойчивость к распространению плутония, размещенного на периферии хранилища или в самой глубокой части скважины.

Реакторы-размножители могут работать на U-238 и трансурановых элементах, которые составляют большую часть радиоактивности отработавшего топлива за период времени 1 000–100 000 лет.

Утилизация космоса

Космическая утилизация привлекательна тем, что удаляет с планеты ядерные отходы. У него есть существенные недостатки, такие как возможность катастрофического отказа ракеты-носителя , которая может распространить радиоактивный материал в атмосферу и по всему миру. Потребуется большое количество запусков, потому что ни одна отдельная ракета не сможет нести очень много материала по сравнению с общим количеством, которое необходимо утилизировать. Это делает предложение экономически непрактичным и увеличивает риск по крайней мере одного или нескольких неудачных запусков. Чтобы еще больше усложнить ситуацию, необходимо будет заключить международные соглашения о регулировании такой программы. Стоимость и недостаточная надежность современных ракетных систем запуска для удаления из космоса были одним из мотивов интереса к неракетным системам запуска, таким как массовые приводы , космические лифты и другие предложения.

Национальные планы управления

Антиядерный протест возле центра утилизации ядерных отходов в Горлебене на севере Германии

Швеция и Финляндия продвинулись дальше всех в использовании конкретной технологии захоронения, в то время как многие другие перерабатывают отработавшее топливо или заключают контракты с Францией или Великобританией на это, принимая обратно образующийся плутоний и высокоактивные отходы. «Во многих странах наблюдается рост отставания плутония от переработки ... Сомнительно, что переработка имеет экономический смысл в нынешних условиях дешевого урана».

Во многих европейских странах (например, в Великобритании, Финляндии, Нидерландах, Швеции и Швейцарии) предел риска или дозы для лица из населения, подвергающегося облучению от будущего объекта с высокоактивными ядерными отходами, значительно более строгий, чем предполагаемый Международной комиссией по радиационной защите или предложенной в США. Европейские ограничения часто более строгие, чем стандарт, предложенный в 1990 году Международной комиссией по радиационной защите в 20 раз, и более строгие в десять раз, чем стандарт, предложенный Агентством по охране окружающей среды США (EPA) для ядерной энергетики Юкка-Маунтин. хранилище отходов в течение первых 10 000 лет после закрытия.

Стандарт, предложенный Агентством по охране окружающей среды США на срок более 10 000 лет, в 250 раз более допустимый, чем европейский предел. Агентство по охране окружающей среды США предложило юридический предел максимум 3,5 миллизиверта (350 миллибэр ) каждый год для местных жителей через 10 000 лет, что составило бы до нескольких процентов от воздействия, которое в настоящее время получают некоторые группы населения в регионах с самым высоким естественным фоном на Земле. хотя Министерство энергетики США предсказало, что полученная доза будет намного ниже этого предела . Через несколько тысяч лет, после того как наиболее активные радиоизотопы с коротким периодом полураспада распадутся, захоронение ядерных отходов в США увеличит радиоактивность в верхних 2000 футов скальных пород и почвы в Соединенных Штатах (10 миллионов км ² ) примерно на 1 часть. на 10 миллионов больше, чем совокупное количество естественных радиоизотопов в таком объеме, но поблизости от площадки будет гораздо более высокая концентрация искусственных радиоизотопов под землей, чем в среднем.

Монголия

После серьезных возражений по поводу планов и переговоров между Монголией, Японией и Соединенными Штатами Америки о строительстве объектов по переработке ядерных отходов в Монголии Монголия прекратила все переговоры в сентябре 2011 года. Эти переговоры начались после того, как в сентябре Монголию посетил заместитель министра энергетики США Дэниел Понеман . 2010. В феврале 2011 года в Вашингтоне, округ Колумбия, прошли переговоры между официальными лицами Японии, США и Монголии. После этого к переговорам присоединились Объединенные Арабские Эмираты (ОАЭ), которые хотели закупить ядерное топливо у Монголии. Переговоры держались в секрете, и, хотя Mainichi Daily News сообщила о них в мае, Монголия официально отрицала существование этих переговоров. Однако встревоженные этой новостью, граждане Монголии выразили протест против этих планов и потребовали от правительства отозвать планы и раскрыть информацию. Президент Монголии Цахиагийн Элбэгдорж 13 сентября издал президентский указ, запрещающий все переговоры с иностранными правительствами или международными организациями по планам хранения ядерных отходов в Монголии. Правительство Монголии обвинило газету в распространении ложных сведений по всему миру. После президентского указа президент Монголии уволил человека, предположительно участвовавшего в этих разговорах.

Незаконный сброс

Власти Италии расследуют дело мафиозного клана Ндрангета, обвиняемого в торговле людьми и незаконном захоронении ядерных отходов. По словам осведомителя , менеджер итальянского государственного энергетического исследовательского агентства Enea заплатил клану за избавление от 600 бочек с токсичными и радиоактивными отходами из Италии, Швейцарии, Франции, Германии и США, с Сомали в качестве пункта назначения, где отходы были захоронены после подкупа местных политиков. Бывшие сотрудники Enea подозреваются в том, что они платили преступникам за то, чтобы они убирали с их рук отходы в 1980-х и 1990-х годах. Поставки в Сомали продолжались до 1990-х годов, в то время как клан Ндрангета также взорвал партии отходов, в том числе радиоактивные больничные отходы, отправив их на морское дно у побережья Калабрии . По данным экологической группы Legambiente , бывшие члены «Ндрангета» заявили, что им платили за то, чтобы они топили корабли с радиоактивными материалами в течение последних 20 лет.

Несчастные случаи

Было несколько инцидентов, когда радиоактивный материал был захоронен ненадлежащим образом, защита во время транспортировки была неисправна, или когда он был просто брошен или даже украден из хранилища отходов. В Советском Союзе отходы, хранящиеся в озере Карачай, были унесены ветром во время пыльной бури после того, как озеро частично высохло. В Maxey Flat , объекте с низкоактивными радиоактивными отходами, расположенном в Кентукки , защитные траншеи, покрытые грязью, а не сталью или цементом, рухнули под проливным дождем в траншеи и залиты водой. Вода, которая попала в траншеи, стала радиоактивной, и ее пришлось утилизировать на самом объекте Maxey Flat. В других случаях аварий с радиоактивными отходами - озера или пруды с радиоактивными отходами, которые случайно выливаются в реки во время чрезвычайных штормов. В Италии несколько мест захоронения радиоактивных отходов позволяют материалу попадать в речную воду, загрязняя воду для бытовых нужд. Во Франции летом 2008 года произошло множество инцидентов: в одном из них, на заводе Areva в Трикастине , сообщалось, что во время операции слива жидкость, содержащая необработанный уран, вылилась из неисправного резервуара и около 75 кг радиоактивного материала. просочился в землю, а оттуда в две близлежащие реки; в другом случае более 100 сотрудников были заражены низкими дозами радиации. Сохраняются опасения по поводу ухудшения состояния свалки ядерных отходов на атолле Эниветак на Маршалловых островах и возможного разлива радиоактивных отходов .

Удаление оставленных радиоактивных материалов стало причиной нескольких других случаев радиационного облучения , в основном в развивающихся странах , которые могут иметь меньшее регулирование опасных веществ (а иногда и меньшее общее образование о радиоактивности и ее опасностях) и рынок утилизированных товаров и лома металл. Мусорщики и те, кто покупает материал, почти всегда не знают, что материал радиоактивен, и выбирают его из-за его эстетики или ценности лома. Безответственность со стороны владельцев радиоактивных материалов, как правило, больниц, университетов или военных, а также отсутствие регулирования, касающегося радиоактивных отходов, или несоблюдение таких правил были важными факторами радиационного облучения. В качестве примера аварии, связанной с радиоактивным ломом, поступающим из больницы, см. Аварию в Гоянии .

Аварии при транспортировке отработавшего ядерного топлива с электростанций вряд ли будут иметь серьезные последствия из-за прочности контейнеров для перевозки отработавшего ядерного топлива .

15 декабря 2011 года высокопоставленный представитель правительства Японии Осаму Фуджимура признал, что ядерные вещества были обнаружены в отходах японских ядерных объектов. Хотя в 1977 году Япония взяла на себя обязательство проводить эти инспекции в соответствии с соглашением о гарантиях с МАГАТЭ, отчеты держались в секрете для инспекторов Международного агентства по атомной энергии . Япония действительно начала переговоры с МАГАТЭ о больших количествах обогащенного урана и плутония, которые были обнаружены в ядерных отходах, удаленных японскими операторами ядерной энергетики. На пресс-конференции Фудзимура сказал: «На основании исследований, проведенных до сих пор, большинство ядерных веществ были надлежащим образом обработаны как отходы, и с этой точки зрения нет проблем в управлении безопасностью». Но, по его словам, в тот момент этот вопрос все еще оставался ведется расследование.

Знаки, предупреждающие об опасности

• 

  Символ трилистника используется для обозначения ионизирующего излучения.

• 

  Знак опасности радиоактивности ISO 2007 года, предназначенный для источников МАГАТЭ категорий 1, 2 и 3, определенных как опасные источники, способные привести к смерти или серьезным травмам.

• 

  Знак классификации перевозки опасных грузов для радиоактивных материалов

Смотрите также

использованная литература

Цитированные источники

• Ванденбош, Роберт и Ванденбош, Сюзанна Э. (2007). Тупиковая ситуация с ядерными отходами . Солт-Лейк-Сити: Университет Юты Press. ISBN 978-0874809039.

внешние ссылки

• Цифровая библиотека Алсос - Радиоактивные отходы (аннотированная библиография)
• Euridice European Interest Group, отвечающая за работу с URL-адресом Hades (ссылка)
• Ондраф / Нирас, орган по управлению отходами в Бельгии (ссылка)
• Критический час: Три-Майл-Айленд, ядерное наследие и национальная безопасность (PDF)
• Агентство по охране окружающей среды - гора Юкка (документы)
• Grist.org - Как рассказать будущим поколениям о ядерных отходах (статья)
• Международное агентство по атомной энергии - Интернет-каталог ядерных ресурсов (ссылки)
• Nuclear Files.org - Юкка-Маунтин (документы)
• Комиссия по ядерному регулированию - радиоактивные отходы (документы)
• Комиссия по ядерному регулированию - Расчет тепловыделения отработавшего топлива (руководство)
• Radwaste Solutions (журнал)
• ЮНЕП Earthwatch - Радиоактивные отходы (документы и ссылки)
• Всемирная ядерная ассоциация - Радиоактивные отходы (информационные документы)
• Беспокойство невозможно похоронить, так как накапливаются ядерные отходы, Los Angeles Times, 21 января 2008 г.